“A segunda lei da termodinâmica descreve como uma sucessão de estados de equilíbrio pode ser irreversível, de forma que o sistema não possa voltar ao seu estado inicial sem cobrar um preço à sua vizinhança” (Rubi, M, SciAm Dezembro, 2008). Os processos naturais, espontâneos, ocorrem apenas num sentido: são irreversíveis, ocorrendo com aumento de entropia. Um cubo de gelo derretido não se refaz espontaneamente; é necessário um custo energético. A entropia é uma medida da desordem de um determinado sistema. Quantifica a irreversibilidade espontânea do sentido de um processo.
A entropia é calculada como sendo a quantidade de calor trocada a dividir pela temperatura. Num sistema isolado, a entropia mantém-se ou aumenta. Nunca diminui.
“O Universo é um sistema em expansão. Então, a sua entropia pode aumentar sem limite.” Desta forma o Universo nunca entra num estado de equilíbrio.
“Os sistemas em não-equilíbrio (…) contrariam a ideia de que a natureza tende a tornar-se cada vez mais desordenada”
Alguns eventos estão relacionados com o não-equilíbrio. Vejamos a osmose reversa. Trata-se de um “processo de separação em que o solvente é separado do soluto de baixa massa molecular por uma membrana permeável ao solvente e impermeável ao soluto”. Este processo é usado tanto para dessalinização da água do mar ou para recuperação de águas residuais. Neste processo, uma pressão externa mantém o sistema fora de equilíbrio, através de uma pressão superior à pressão osmótica do lado da solução mais concentrada. A água é forçada a fluir no sentido menos concentrado.
Estes processos, de não-equilíbrio, estão ligados pela relação de reciprocidade (Lars Onsager). A relação de reciprocidade mostra como um sistema que não está em equilíbrio pode ser ordenado, ou seja, promover uma diminuição da entropia interna desse sistema.
Se aquecermos um fluido pela parte inferior, forma-se um gradiente de calor em que, na base a temperatura é mais elevada do que no topo. Se a temperatura aumenta, o gradiente também aumenta provocando um desvio do equilíbrio. Forma-se um movimento de convecção que… é ordenado! Se a temperatura aumentar mais ainda, o movimento torna-se torbulento. “O problema de Bénard, demonstra que a ordem pode-se transformar em caos e de novo em ordem, à medida que o sistema se desvia para o equilíbrio.”
Fontes:
Scientific American, Dezembro 2008
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