Fórmula de entropia de Boltzmann
Na termodinâmica e na física estatística, a entropia é uma medida quantitativa de desordem ou da energia em um sistema para realizar o trabalho.Na física estatística, a entropia é uma medida do distúrbio de um sistema. A que desordem se refere é realmente o número de configurações microscópicas , W , que um sistema termodinâmico pode ter quando em um estado especificado por determinadas variáveis macroscópicas ( volume , energia , pressão e temperatura ). Por “estados microscópicos”, queremos dizer os estados exatos de todas as moléculas que compõem o sistema.
Matematicamente, a definição exata é:
Entropia = (constante k de Boltzmann) x logaritmo do número de estados possíveis
S = k B logW
Essa equação, conhecida como fórmula de entropia de Boltzmann , relaciona os detalhes microscópicos, ou microestados, do sistema (via W ) ao seu estado macroscópico (via entropia S ). É a idéia principal da mecânica estatística. Em um sistema fechado, a entropia nunca diminui; portanto, no universo, a entropia está aumentando irreversivelmente. Em um sistema aberto (por exemplo, uma árvore em crescimento), a entropia pode diminuir e a ordem pode aumentar, mas apenas à custa de um aumento na entropia em outro lugar (por exemplo, no Sol).
A entropia está aumentando.
Irreversibilidade dos processos naturais
De acordo com a terceira lei da termodinâmica:
A entropia de um sistema se aproxima de um valor constante, à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto.
Com base em evidências empíricas, essa lei afirma que a entropia de uma substância cristalina pura é zero no zero absoluto da temperatura , 0 K e que é impossível por meio de qualquer processo, não importa o ideal, reduzir a temperatura de um sistema para zero absoluto em um número finito de etapas. Isso nos permite definir um ponto zero para a energia térmica de um corpo.
O zero absoluto é a temperatura teórica mais fria, na qual o movimento térmico de átomos e moléculas atinge seu mínimo. Este é um estado no qual a entalpia e a entropia de um gás ideal resfriado atingem seu valor mínimo, tomado como 0. Classicamente , esse seria um estado de imobilidade , mas a incerteza quântica determina que as partículas ainda possuem uma energia finita de ponto zero . O zero absoluto é indicado como 0 K na escala Kelvin, -273,15 ° C na escala Celsius e -459,67 ° F na escala Fahrenheit.
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