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Esclarecimento da definição de entropia termodinâmica

Transcrição de vídeo

no vídeo no qual introduzir pela primeira vez o conceito de entropia eu defini a variação de entropia como sendo igual ao calor adicionado um sistema dividido pela temperatura que foi adicionada ao sistema e depois tentem ver se essa variável do estado era válida e ao fazer isso eu olhei para o ciclo de carbono e agora vamos fazer uma curta revisão nunca é demais rever ou desenhar aqui o diagrama de pressão por volume vimos que começamos nesse estado que depois prosseguimos isotérmica mente removemos pequenas pedrinhas do pistão assim aumentamos o volume e diminuímos a pressão depois prosseguimos adiabática mente isolando coisas e movendo nos dessa forma isso foi a diabetes camente em seguida nessa outra e alterna adicionamos as pedrinhas de volta isolamos o sistema novamente a diabetes camente continuamos a adicionar mais pedrinhas e voltamos ao estado original eu fiz alguns vídeos nos quais mostrei que se for considerar o calor adicionado aqui tudo isso está sendo realizado em temperatura alta de um estudo está sendo realizado em temperatura baixa de 2 a caloura adicionado aqui que um ea calor liberado aqui que dois e por serem a diabéticos não há transferência de calor de e para o sistema e quando ele para isso e quando olhei para o ciclo de carbono usando essa definição para entropia eu vi que a variação total df quando vou desse ponto do a volta e retorno a variação ds foi igual aqui um sobre de 1 mas que dois sobre t2 e mostrar a você que isso foi igual a zero que é exatamente o resultado esperado porque para que isso seja uma variável de estado para que s seja uma variável de estado ele não deve depender da forma como cheguei lá ele deve depender apenas das variáveis de estado dessa forma mesmo se eu seguir um caminho maluco no final de voltar pra 0 mas eu fiz algo eu acho um pouco o que fiz não foi uma demonstração que isso é sempre uma variável do estado válida foi apenas uma demonstração de que é uma variável de estado válida se olharmos para o ciclo de canoa mas foi demonstrado que era válida somente porque o ciclo de carne ou era reversível esse é um ponto sutil mas extremamente importante na verdade eu deveria ter esclarecido isso no primeiro vídeo bom acho que eu foquei demais na demonstração do ciclo de carbono e não coloquei a reversibilidade lá e antes mesmo de mostrar a você por que precisa ser reversível ou apenas revisar o significado de reversibilidade sabemos que para definir um caminho aqui o sistema precisa estar muito próximo de estado de equilíbrio o tempo todo ea razão pela qual ao longo desses vídeos desenhos estão com gás aqui embaixo e sempre em vez de ter na parte superior um peso grande que será retirado e colocado porque retiraria o sistema de equilíbrio eu usei incrementos muito pequenos movimentei grãos de areia para que o sistema esteja sempre muito próximo do estado de equilíbrio e isso é chamado de quase estático bom já defini isso antes isso significa que você está sempre em um estado de quase equilíbrio as variáveis de estado estão sempre definidas mas isso por si só não significa reversibilidade é preciso que o estado seja quase estático e sem atrito para ser reversível o que queremos dizer com 100 atrito eu acho que você sabe o que significa sim acredito é o que você está vendo nesse sistema bem aqui se eu fizer esse estão um pouco maior quando esse pistão flexiona contra lateral dessa parede em nosso mundo real há sempre um pouco de atrito essas moléculas começam a se chocar entre si então começam a vibrar transferindo energia cinética por se chocarem entre si elas começam a gerar a energia cinética o calor portanto geralmente há calor gerado pelo atrito se houver calor gerado pelo atrito ao remover um seixo primeiramente ao remover esse primeiro seixo pode não acontecer nada porque pode não ultrapassar você pode vê-lo como força de atrito mas digamos que eu remova algumas pedrinhas e essa coisa que se mova para cima um pouquinho porque parte da eu acho que você poderia dizer da força diferencial da pressão diferencial em três pedrinhas e o gás que está lá dentro ea pressão do gás foi usada para gerar calor em oposição ao trabalho ao colocar as pedrinhas de volta se houver atrito não vou voltar para o mesmo ponto de antes porque o atrito está sempre resistindo o movimento para que algo seja reversível ao remover algumas pedrinhas se remover dez pedrinhas e colocar dez pedrinhas de volta tudo deveria voltar o estado inicial mas como você sabe basta fazer o experimento mental se houver atrito eu não estarei no mesmo estado o pistão não se moverá tanto quanto o esperado sem atrito portanto esse é um pressuposto fundamental para reversibilidade o ciclo de carne ou por definição é reversível é por isso que de fato ninguém poderia realmente implementar o motor que realize o ciclo de carbono completo mostramos que o ciclo de carne ou é um motor potencial mais eficiente se alguém fizer um motor mais eficiente poderia haver uma máquina de movimento perpétuo ou uma máquina de energia perpétua ea razão pela qual o motor de carne é o motor mais eficiente que não é segredo nenhum aqui é porque não tem atrito qualquer engenheiro que projeta motores poderia lhe dizer que se fosse possível remover todo o atrito do sistema a eficiência seria muito maior tendo dito isso e eu lhe falei sobre esse ponto de vista a definição não precisa ser por acaso funcionou que / ter porque estava trabalhando com o sistema reversível e apenas para fazer sentido ou mostrar que não teria funcionado se a variação de s tivesse sido definida como que / t em um sistema irreversível digamos que haja vou desenhar outro diagrama pv vou fazer um experimento mental muito simples agora eu vou ter um sistema irreversível e começa aqui em algum ponto do meu diagrama pv isso poderia ser algum tipo de cilindro com um pistão em cima com as pedras como sempre mas dessa vez a um pouco de atrito quando essa coisa se movimenta um pouco de calor é gerado nisso e ao se movimentar em qualquer direção é gerado calor isso pode ser chamado de calor produzido por atrito ao se mover para cima ou para baixo vamos fazer algo vamos colocar isso em um reservatório grande conforme a tendência esse é um sistema isotérmico vamos chamá-lo de t1 vamos começar a remover pedrinhas e vamos nos movimentar ao longo de uma isoterm talvez até esse ponto aqui em seguida vamos e eu quero sublinhar um ponto muito importante aqui porque isso tem atrito eu não vou chegar tão longe ao longo da isotérmica do que se não tivesse atrito se fosse um sistema sem atrito eu teria chegado um pouco mais longe ao longo da sua terra o número de rochas não será o mesmo como se fosse sem atrito mas digamos que eu me movimente daqui até aqui no diagrama pv em seguida vamos colocar de volta muitas pedras e queremos percorrer todo o caminho de volta eu não estou nem dizendo se temos o mesmo número de pedras aqui ou pedras diferentes será provavelmente necessário adicionar mais algumas pedras para voltar a esse ponto mas a idéia aqui é que voltamos para o mesmo ponto no diagrama de estado portanto delta o total deve ser igual a zero é igual a delta ou da expansão o delta ou da expansão é o delta eo para ir nessa direção a delta ou da expansão mas delta ou de contração que é o delta eo para voltar dessa forma esses devem ser iguais a zero por definição certo porque a energia interna é uma variável de estado e se chegarmos a esse mesmo ponto o delta o deve ser igual a zero qual é o valor do delta uso da expressão qual é a avaliação de energia interna à medida que expandimos o delta ou de expansão é igual o calor acrescentado ao sistema - o trabalho realizado pelo sistema sabemos quanto o trabalho foi realizado toda essa área bem aqui mas o calor acrescentado pelo atrito há calor acrescentado pelo atrito vou usar marrom e qual é o resultado disso eu estava dizendo que a variação de energia interna produzida por expansão será o calor acrescentado ao sistema a partir do reservatório - o trabalho realizado pelo sistema à medida que se expande mais o calor acrescentado pelo sistema ou gerado pelo sistema acho que você poderia dizer que não está sendo acrescentado o próprio sistema está criando esse calor à medida que se expande a esse atrito bem aqui muito bem essa variação agora que não estamos trabalhando com um processo irreversível temos esse atrito qual é a variação na energia produzida por contração a variação de energia interna produzida por contração será o calor que sai do sistema que precisa voltar para o reservatório na medida que o sistema se contrai caso contrário se não houvesse o reservatório a temperatura aumentaria mas queremos liberar calor por tanto calor liberado e vou fazer algo vamos supor que todos os que são positivos portanto se o calor está sendo liberado teremos que liberado digamos que esse seja um número positivo e se o calor foi liberado teremos um - ben ali e eu quero fazer isso com esperança de que as coisas fiquem um pouco mais claras mais o trabalho realizado sobre o sistema estou supondo que o trabalho esteja sempre positivo por isso se o trabalho foi realizado teremos menos trabalho se o trabalho foi realizado pelo sistema teremos mais trabalho mas também nessa situação ainda estamos acrescentando o calor produzido por atrito ou o calor produzido por atrito ainda está sendo gerado pelo sistema e isso é positivo em qualquer direção quando nos movimentamos para cima ou para baixo o sistema está gerando atrito nós sempre dissemos fomos até aqui e fizemos todo o caminho de volta a soma desses deve ser igual a zero porque esta é uma variável de estado se a soma disso tudo tiver que ser igual a zero vamos somar isso portanto isso é que a menos que liberado o valor aceito - o calor liberado os wc a nulo mas deixe me ver bem aqui mas duas vezes o calor de atrito em qualquer direção tudo isso tem que ser igual a zero vamos ver o que podemos fazer é reescrever isso como o calor aceito - o calor liberado é igual a menos 2 vezes a quantidade de calor gerado pelo atrito em seguida colocamos esses de lugar e teremos o calor liberado - o calor aceito é igual a eu queria que todos os números fossem positivos duas vezes o calor de atrito porque fez tudo isso porque eu queria fazer uma experiência como sistema irreversível e essa foi uma experiência muito simples com o sistema reversível dissemos que delta s definido muito tempo atrás como que / tennessee vídeo eu disse que deveria ser reversível eu queria lhe mostrar agora o que aconteceria se não houvesse obrigação da reversibilidade porque se esse sistema não precisar ser reversível eu estou usando a definição bem aqui você verá que o delta s aqui seria basta dividir tudo por ter porque temperatura foi constante o tempo inteiro estávamos em um reservatório você verá que esse será o delta s essa variação total do acho que poderia dizer calor líquido acrescentado ao sistema portanto esse é digamos este é o calor acrescentado ao sistema vou fazer dessa forma o calor acrescentado ao sistema dividido pela temperatura em que foi acrescentado o que é um número positivo mesmo tendo chegado exatamente no mesmo lugar neste diagrama de estado um sistema reversível esta não seria uma variável de estado válida pode ser uma variável do estado válida somente se o sistema for reversível isso significa que podemos falar sobre entropia somente para reações reversíveis não podemos falar sobre entropia para qualquer coisa mas o que fazemos é e este é outro ponto importante digamos que haja uma reação irreversível que vai daqui até aqui e eu queria determinar a sua variação e entropia certo a reação pode ter passado por todo tipo de coisas estranhas é uma reação irreversível seu caminho pode ter sido assim supondo que o sistema seja quase estático se é que podemos olhar para seu caminho assim mas se quisermos determinar a sua variação entropia não nos preocuparíamos com o calor acrescentado ao sistema e com as diferentes temperaturas em que o calor foi acrescentado nos preocuparíamos com isso diríamos somente tudo bem o que teria sido preciso para que um sistema reversível passe desse estado para esse estado talvez um sistema reversível tenha feito algo parecido com isso desculpe quero que a culpa seja suave talvez um sistema reversível possa ter feito algo parecido com isso essa variação esse calor acrescentado pelo sistema reversível dividido pela temperatura para o sistema reversível seria a variação entropia e essa variação entropia isso pode ser chamado de s final e isso é se iniciar será a mesma para os dois sistemas é que não usamos o sistema reversível para determinar a entropia usamos o calor ea temperatura reversíveis para determinar a variação real espero que isso esclareça outra coisa é de certa forma um ponto sutil mas extremamente importante porque você não pode a definição termodinâmica para entropia tem que ser essa precisa ser de calor acrescentado um sistema reversível dividido pela temperatura em que foi acrescentado não apenas calor para qualquer sistema funcionou por acaso quando fiz isso eu deveria ter sido mais claro ao explicar pela primeira vez funcionou apenas porque era um ciclo de carne ou que era reversível