O que é a entropia? — Jeff Phillips

Vejam a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/what-is-entropy-jeff-phillips

Há um conceito que é fundamental para a química e a física. Ajuda a explicar porque é que os processos físicos vão num sentido e não noutro: porque é que o gelo derrete, porque é que a nata se mistura no café, porque é que o ar se escapa de um pneu furado. É a entropia, e é um conceito difícil de entrar na nossa cabeça. Jeff Phillips dá um curso rápido sobre a entropia.

Lição de Jeff Phillips, animação de Provincia Studio.

Há um conceito fundamental
para a química e a física.

Ajuda a explicar porque é
que os processos físicos

vão num sentido e não noutro:

porque é que o gelo derrete,

porque é que as natas
se dissolvem no café,

porque é que o ar se escapa
de um pneu furado.

É a entropia, e é um conceito
muito difícil de entrar na nossa cabeça.

A entropia é descrita com frequência
como uma medida da desordem.

É uma imagem conveniente,
mas, infelizmente, é enganadora.

Por exemplo, o que é mais desordenado,

uma chávena de gelo picado
ou um copo de água à temperatura ambiente?

A maior parte das pessoas dirá
que é o gelo,

mas, na verdade, é o gelo
que tem menor entropia.

Outra maneira de pensar nela
é com a ajuda das probabilidades.

Pode ser mais complicado de perceber,
mas esperem até a assimilar

e ficarão com uma compreensão
muito melhor da entropia.

Considerem dois pequenos sólidos

que são formados
por seis ligações atómicas cada um.

Neste modelo, a energia em cada sólido
está armazenada nas ligações.

Podemos pensar nelas
como simples recipientes,

que podem conter unidades inseparáveis
de energia, conhecidas por "quanta".

Quanto mais energia tem um sólido,
mais quente está.

Acontece que a energia pode distribuir-se
de inúmeras formas

nos dois sólidos

que continuam a ter a mesma quantidade
total de energia em cada um.

Cada uma dessas opções
chama-se um "microestado".

Para seis quanta de energia
no sólido A e dois quanta no sólido B,

há 9702 microestados.

Claro, os oito quanta de energia
podem ser arranjados de outro modo.

Por exemplo, toda a energia
pode estar no sólido A

e nenhuma no sólido B,

ou metade em A e metade em B.

Se considerarmos que cada microestado
é igualmente provável,

constatamos que algumas
configurações de energia

têm mais probabilidades
de ocorrer do que outras.

Isso é devido ao maior número
de microestados.

A entropia é uma medida direta

da probabilidade de cada
configuração da energia.

O que vemos é que
a configuração da energia

em que a energia está mais espalhada
entre os sólidos

é a que tem mais entropia.

Portanto, em sentido geral,

a entropia pode ser considerada

como a medida desta repartição de energia.

Uma entropia baixa significa
que a energia está concentrada.

Uma entropia alta significa
que ela está repartida.

Para perceber porque é que a entropia
ajuda a explicar os processos espontâneos,

como o arrefecimento de objetos quentes,

precisamos de observar
um sistema dinâmico

em que a energia está em movimento.

Na realidade, a energia
não se mantém no mesmo lugar.

Move-se continuamente
entre as ligações vizinhas.

À medida que a energia se desloca,

a configuração da energia pode mudar.

Por causa da distribuição
dos microestados,

há 21% de hipóteses de que o sistema
venha a estar numa configuração

em que a energia
esteja repartida ao máximo.

Há 13% de hipóteses
que ela volte ao ponto de partida

e 8% de hipótes de que A
obtenha mais energia.

De novo, vemos que, como há mais formas

de obter uma energia repartida
e uma entropia elevada

do que uma energia concentrada,

a enrgia tem tendência a repartir-se.

É por isso que, se pusermos
um objeto quente ao pé de um frio,

o frio vai aquecer
e o quente vai arrefecer.

Mas, mesmo neste exemplo,

há 8% de hipóteses de que
o objeto quente fique mais quente.

Porque é que isto
nunca acontece na vida real?

Tem tudo a ver com a dimensão do sistema.

Os nossos sólidos hipotéticos
só tinham seis ligações cada.

Vamos aumentar os sólidos, em escala,

para 6000 ligações
e 8000 unidades de energia

e recomeçar o sistema
com três quartos da energia em A

e um quarto em B.

Descobrimos que a hipótese de A
adquirir espontaneamente mais energia

é um número minúsculo.

Os objetos do nosso quotidiano
têm muitíssimo mais partículas do que este.

A hipótese de um objeto quente
no mundo real ficar mais quente

é ridiculamente pequena.

Nunca acontece.

O gelo derrete,

as natas misturam-se,

e os pneus esvaziam-se

porque esses estados têm mais energia
repartida que o seu estado original.

Não há nenhuma força misteriosa
obrigando o sistema a uma entropia maior.

É simplesmente que a entropia mais alta,
estatisticamente, é sempre mais provável.

É por isso que chamamos à entropia
"a flecha do tempo".

Se a energia tiver a oportunidade
de se difundir, difundir-se-á.