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13/03/2019 | domtotal.com

A Entropia de um Sistema

É inadmissível que se pregue a possibilidade de extrair energia do meio ambiente sem que qualquer outra coisa no meio seja alterada.

Termodinâmica é uma ciência que nasceu de mentes brilhantes.
Termodinâmica é uma ciência que nasceu de mentes brilhantes. (Pixabay)

Por Fischer Stefan*

Clausius foi um físico alemão, apesar de ter nascido em Koszalin-Polônia. Este cientista se tornou um dos precursores no estudo de calor o que lhe rendeu o título de um dos fundadores da ciência da termodinâmica. A saber, em 1850 , Clausius foi o primeiro a descrever as ideias básicas da Segunda Lei da Termodinâmica e, em 1865, descreveu o conceito de Entropia (nome cunhado por ele mesmo) [From Watt to Clausius: the rise of thermodynamics in the early industrial age].

O princípio da dissipação da energia, às vezes chamada de Segunda Lei da Termodinâmica, afirma que é impossível através de um material inanimado obter trabalho às custas de calor, resfriando um corpo para uma temperatura abaixo da temperatura do corpo mais frio na vizinhança.

Termodinâmica, uma ciência que nasceu de mentes brilhantes. Mais uma vez, o fim do século XIX foi presenteado com o nascimento de Josiah Willard Gibbs (1839-1903), considerado pelo físico Albert Einstein como: "the greatest mind in American history." (maior mente na história Americana). Willard Gibbs nasceu em 11 de Fevereiro de 1839, New Haven - Connecticut - USA. Formou em 1858 na Universidade de Yale onde conquistou o grau de Doutor em 1863. Físico-Matemático, trabalhou conjuntamente no desenvolvimento da Mecânica-Estatística e deu luz à Química-Física como ciência.

Uma das maiores contribuições de Gibbs foi a introdução do conceito de energia livre que, hoje, é conhecido universalmente como: energia livre de Gibbs. Este conceito relaciona a tendência de um sistema físico ou químico para espontaneamente baixar sua energia e aumentar seu grau de desordem, também chamado de entropia

 Entropia:

“My greatest concern was what to call it. I thought of calling it “in-

formation,” but the word was overly used, so I decided to call it “un-

certainty.” When I discussed it with John von Neumann, he had a better

idea. Von Neumann told me, “You should call it entropy, for two reasons.

In the first place your uncertainty function has been used in statistical

mechanics under that name, so it already has a name. In the second

place, and more important, nobody knows what entropy really is, so in

a debate you will always have the advantage.” Claude Elwood Shannon

[ Introduction to nonextensive statistical mechanics, vo-

lume 34; Energy and information. Scientific Ameri-

can, 225:179–188, 1971.]

A palavra entropia, do grego εν + τ ρπη (in=dentro + tropê=transformação, foi criada por Rudolf Clausius em seu trabalho publicado em 1868 que foi a pedra angular no estudo de termodinâmica. Segundo Clausius, a entropia de um sistema fechado não pode decrescer, que se refere, em termos gerais, à Segunda Lei da Termodinâmica. Entropia é uma medida física de desordem. Todo processo de conversão de energia produz entropia. Esta produção de entropia está ligada a emissão de calor e partículas. O conceito de entropia foi, de fato, esclarecido por Ludwig Boltzmann. Seus estudos sobre teoria mecânica do calor relacionada à probabilidade colaborou para que obtivesse êxito no entendimento de entropia. Boltzmann reescreveu a termodinâmica em termos de micro-estados de energia da matéria: quanto maior o número de micro-estados para um dado macro-estado, maior a entropia.

 Leis da Termodinâmica:

• Lei Zero: Se dois sistemas estão em equilíbrio com um terceiro, então todos estão em equilíbrio. Ou, seja, equilíbrio é uma propriedade transitiva.

• Primeira Lei da Termodinâmica: A quantidade de trabalho que é requerido para mudar de estado, um sistema isolado, independe de como o trabalho será realizado. Esta lei elucida o princípio da conservação de energia e que há, de fato, muitas maneiras de mudar a energia do sistema

Segunda Lei da Termodinâmica:

The law that entropy always increases holds, I think, the supreme

position among the laws of nature. . . . if your theory is found

to be against the second law of thermodynamics, I can give you no

hope; there is nothing for it but to collapse in deepest humiliation.

Sir Arthur Eddington, 1929

Segundo William Thomson (Lord Kelvin), É impossível, por meio de uma matéria inanimada, conseguir algum efeito mecânico refrigerando a matéria à uma temperatura abaixo da temperatura mais fria de qualquer objeto em sua vizinhança. Ainda, Não existe qualquer processo cujo único efeito é extrair calor de uma fonte quente e convertê-la inteiramente em trabalho. Equivalentemente, Clausius afirma que não há nenhum processo possível cujo único efeito é transferir calor de um corpo mais frio para um mais quente. Assim, podemos entender quando Max Planck diz que não existe uma máquina cujo movimento é perpétuo.

Por isso, é inadmissível que se pregue a possibilidade de extrair energia do meio ambiente sem que qualquer outra coisa no meio seja alterada.

Como as Leis (I e II) da Termodinâmica permanecem incontestáveis, afirmamos que esta máquina nunca existiu, não existe e, muito provavelmente jamais existirá. Este é o princípio de que não existe comida de graça (No Free Lunch). A recusa da Mãe Natureza de dar aos seus filhos tal alimento (de graça) é nada mais, nada menos, do que a junção da Primeira e Segunda Leis da Termodinâmica. Esta condição esclarece o laço entre energia e entropia que, de tamanha é sua importância, são às vezes chamadas de “constituição do universo”

Neste sentido podemos entender que é inadmissível pensar que contenção de rejeitos de minério não provocaria nenhuma reação adversa. Caso alguém afirme que isto é pensado, então existe um lapso de conhecimento sobre qual ou quais seriam essas reações da Mãe Natureza e o que deveria ter sido feito para minimizar os efeitos “colaterais” promovidos pela entropia no sistema. Retirar minério sem pagar o custo para a Mãe Natureza é pensar no (Free Lunch). O sistema econômico também traz consigo este mesmo jargão de que não existe almoço de graça: riqueza não é proveniente do “nada”, nem muito menos perpétua.

Minimizar os lucros a fim de se investir mais na segurança das barragens, na segurança de seus empregados e na segurança da sociedade, seria uma boa contra-partida em função das riquezas extraídas das Terras de Minas.  Praticamente todo processo físico-químico da produção à contenção de rejeitos e nas próprias barragens são bem conhecidas pelas diversas áreas da engenharia, fato suficiente observado quando das investigações onde apontam diversas falhas técnicas que poderiam ser evitadas por simplesmente seguirem plenamente normas ciêntifícas ratificadas amplamente nas engenharias.

Homens birlhantes, na ciência, dedicaram suas vidas na produção de conhecimentos e ferramentas com as quais a sociedade pudesse se desenvolver, crescer e progredir.  Diametralmente, homens que detém “alguma forma de poder” cooperam para que a sociedade sofra as consequências de seus atos absurdos contra a Mãe Natureza. Vemos lixo tóxico lançado no meio ambiente impropriamente, lâmpadas queimadas jogadas em lixo orgânico, águas, ar e solo poluídos e escancaradamente grandes indústrias configurando como agentes causadores de poluição do meio ambiente. Será que a válvula propulsora destes absurdos cuja tradução é riqueza se comportará como uma máquina infinita? Desde os primórdios do século XIX sabemos que esta não existe. Muito pelo contrário, o custo vai ser cobrado! Parte desta dívida pode ser notada pelo super-aquecimento global. Infelizmente vimos dezenas de famílias absorvendo o custo tendo suas vidas ceifadas pela irresponsabilidade e ganância do setor econômico que despreza o efeito da entropia que no Mercado Financeiro esta desordem é analisada como Risco-Retorno.

A ciência nos ensinou a criar, desenvolver e progredir, mas também deixou explícita a relação entre transformação de energia e entropia. Precisamos aprender e aplicar tais conhecimentos para que o mundo se desenvolva de um modo sustentável.

* Fischer Stefan é professor da Escola de Engenharia de Minas Gerais (EMGE)

EMGE

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