sexta-feira, 26 de março de 2010

A Segunda Lei da Termodinâmica.

Em muitas discussões sobre a Teoria da Evolução surgem comentários de que tal Teoria Científica (lembrem-se do significado de Teoria Científica) viola a Segunda Lei da Termodinâmica.

Só para recordar, a Teoria da Evolução é um bem acabado conjunto de hipóteses, originalmente propostas por Charles Darwin e continuamente aprimoradas por Cientistas de grande competência nos últimos 150 anos, que explica, sem margem para dúvidas, como as milhares de espécies que populam (ou já popularam) o nosso planeta surgem (ou surgiram) através de um processo denominado "Seleção Natural" (recado aos biólogos: não tenho intenção de ser rigoroso com a definição sobre a Teoria da Evolução. Caso eu esteja sendo muito impreciso, vocês têm toda a liberdade de me corrigirem).

Denominamos a Teoria da Evolução como uma "Teoria Científica" pois tal Teoria nunca foi contestada experimentalmente (de forma intelectualmente honesta) e, sendo assim, é confirmada por "toneladas" de evidências (evidências fósseis, da biologia molecular, etc. Para os curiosos: veja aqui!).

No entanto alguns "grupos organizados" tentam desmerecer o trabalho do Charles Darwin (e de toda a geração posterior de cientistas sérios) tentando mostrar que a Teoria da Evolução está errada. Um dos "argumentos" utilizados por estes grupos diz que a Teoria da Evolução viola a Segunda Lei da Termodinâmica. Por isso irei explicar de forma simplificada, nesse artigo, o que é a Segunda Lei da Termodinâmca e deixarei aos leitores intelectualmente honestos e bem informados as conclusões sobre se a Teoria da Evolução viola ou não esta Segunda Lei da Termodinâmica.


A própria definição do que é "Termodinâmica" já é confusa. Mas podemos afirmar, sem medo de errar, que a Termodinâmica é a ciência que estuda a "energia, suas formas e transformações e as interações entre energia e matéria tratando das leis sob as quais ocorrem transformações e tranferências de energia em que participam energia interna e calor".

Existem três leis fundamentais na Termodinâmica:

a) A lei Zero: que nos informa sobre a existência de uma grandeza (escalar), denominada "temperatura", que é uma propriedade de todos os sistemas termodinâmicos em estado de equilíbrio, tal que a igualdade de temperatura seja uma condição necessária e suficiente para o equilíbrio térmico;

b) Primeira Lei da Termodinâmica: esta lei nos informa sobre a existência de uma variável de estado chamada "energia interna" que um determinado sistema possui. Esta energia interna é a diferença entre o calor e o trabalho efetuado sobre este sistema. Basicamente a primeira lei nos afirma que a energia desse sistema é conservada quando analisada somente entre estados de equilíbrio.

E existe a famigerada "Segunda Lei da Termodinâmica", que iremos discutir daqui em diante.

A primeira lei da termodinâmica afirma essencialmente que a energia é conservada. No entanto, podemos imaginar uma série de processos (ou transformações) que não violam a primeira lei, mas que são impossíveis de ocorrer (ou pelo menos nunca foram observados) naturalmente.

Por exemplo: se colocarmos um corpo quente A em contato com um corpo frio B não acontecerá de o primeiro ficar "mais" quente e o segundo "mais" frio, pela troca de calor entre eles. O que ocorre é que o corpo mais quente cede calor ao corpo mais frio até que eles estejam em equilíbrio témico.

Outro exemplo: imagine um lago em um dia quente. Você nunca irá obervar o lago ceder todo o seu calor para o ambiente, ficando congelado. Naturalmente esse processo não ocorre.

Entretando nenhum dos processos acima viola a primeira lei. A energia destes sistemas continuaria se conservando.

A Segunda Lei da Termodinâmica trata exatamente desse problema, ou seja, ela trata da questão de saber se transformações, supostamente consistentes com a primeira lei, ocorrem ou não na natureza.

Um enunciado da Segunda Lei, devido Lord Kelvin e Max Planck nos diz que "uma transformação cujo único resultado final seja transformar em trabalho o calor extraído de uma fonte que esteja à mesma temperatura é impossível.

Esta segunda lei, portanto, nos ensina que muitos processos que podem ser possíveis, no sentido de não violar a primeira lei da termodinâmica, são, na verdade, irreversíveis.

Uma outra forma de enunciar a Segunda Lei da Termodinâmica é utilizar o conceito de Entropia. Mas o que vem a ser Entropia?

Considere um sistema em duas condições diferentes, por exemplo 1kg de gelo a 0ºC, que derrete e torna-se em 1kg de água a 0ºC. Associamos a cada condição uma quantidade chamada de entropia. A entropia de uma substância é uma função da condição da substância. Para um gás ideal ela é uma função de sua temperatura e volume, e para um sólido e líquido ela é função de sua temperatura e estrutura interna. A entropia é independente da história passada da substância. A entropia de 1kg de água a 0ºC é a mesma daquela obtida do gelo derretido, ou se esfriarmos a água da temperatura ambiente para 0ºC.

Dizer que a entropia total de um sistema fechado sempre aumenta é uma outra maneira de expressar a segunda lei da termodinâmica. Um sistema fechado é um sistema que não interage com o ambiente externo. Na prática não existe sistemas fechados, exceto talvez, pelo universo como um todo. Logo, podemos expressar a segunda lei como: a entropia total do universo está sempre aumentando.

Em resumo podemos concluir que existem processos irreversíveis na natureza, que conservam a energia, mas que não ocorrem naturalmente porque violam o conceito de entropia para sistemas fechados. Ou seja, tais processos poderiam fazer com a entropia em um sistema fechado pudesse diminuir, caso não fossem irreversíveis. Poderíamos ver um lago congelar em pleno verão ou um corpo frio em contato com um corpo mais quente, ficar mais frio, enquanto que o corpo mais quente ficaria ainda mais quente!

Sim, é só isso.

Os "grupos organizados" afirmam que a Teoria da Evolução viola a Segunda Lei da Termodinâmica. Talvez eles precisem entender melhor do que trata a Segunda Lei. Uma boa discussão sobre o tema pode ser encontrado aqui.

3 comentários:

  1. Ótimo!!!! Parabéns

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  2. O post é tão esclarecedor que o melhor comentário-argumento defendendo tal explicação é um "Ótimo!!!! Parabéns".

    É por isso que sempre gostei de ver as coisas provadas (engenharia) do que as coisas sonhadas (física)... ahuahuaha

    Uma pergunta: Por que a A 2ª Lei refuta a Teoria da Evolução? Nesse post não associei uma com a outra...

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  3. A segunda Lei não refuta pois a Terra não pode ser considerado um sistema fechado.

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