What is entropy? - Jeff Phillips

O que é entropia? - Jeff Phillips

Tradutor: ADRIANA MENOLI Revisor: Maricene Crus

There's a concept that's crucial to chemistry and physics.

Há um conceito fundamental para a química e física.

It helps explain why physical processes go one way and not the other:

Ele ajuda a explicar por que processos físicos acontecem de um modo e não outro:

why ice melts,

por que o gelo derrete,

why cream spreads in coffee,

por que o creme espalha-se no café,

why air leaks out of a punctured tire.

por que o ar vaza pelo pneu furado.

It's entropy, and it's notoriously difficult to wrap our heads around.

É entropia e é notavelmente difícil entendê-la.

Entropy is often described as a measurement of disorder.

A entropia é frequentemente descrita como uma mensuração de desordem.

That's a convenient image, but it's unfortunately misleading.

Isso é uma representação conveniente, mas, infelizmente, enganosa.

For example, which is more disordered -

Por exemplo, o que é mais desordenado:

a cup of crushed ice or a glass of room temperature water?

um copo de gelo moído ou um copo de água à temperatura ambiente?

Most people would say the ice,

A maioria das pessoas diriam o gelo,

but that actually has lower entropy.

mas, na verdade, ele tem menor entropia.

Há, então, um outro modo de pensar sobre isso, através de probabilidade.

So here's another way of thinking about it through probability.

This may be trickier to understand, but take the time to internalize it

Isso pode ser mais difícil para entender, mas faça um esforço para o assimilar

and you'll have a much better understanding of entropy.

e você terá um entendimento muito melhor de entropia.

Consider two small solids

Considere dois sólidos pequenos

which are comprised of six atomic bonds each.

constituídos por seis ligações atômicas cada.

In this model, the energy in each solid is stored in the bonds.

Nesse modelo, a energia de cada sólido é armazenada nas ligações.

Those can be thought of as simple containers,

Pode-se imaginá-las como simples recipientes,

which can hold indivisible units of energy known as quanta.

capazes de reter unidades indivisíveis de energia, conhecidas como quanta.

The more energy a solid has, the hotter it is.

Quanto mais energia um sólido tem, mais quente ele é.

It turns out that there are numerous ways that the energy can be distributed

Acontece que há vários modos nos quais a energia pode ser distribuída

in the two solids

nos dois sólidos e ainda existir a mesma energia total em cada.

and still have the same total energy in each.

Each of these options is called a microstate.

Cada uma dessas opções é chamada de um microestado.

For six quanta of energy in Solid A and two in Solid B,

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

there are 9,702 microstates.

há 9,702 microestados.

Of course, there are other ways our eight quanta of energy can be arranged.

Claro, há outras maneiras como os oito quanta de energia podem ser distribuídos.

For example, all of the energy could be in Solid A and none in B,

Por exemplo, toda a energia poderia estar no sólido A e nenhuma no B,

or half in A and half in B.

ou, metade no A e metade no B.

If we assume that each microstate is equally likely,

Se considerarmos que cada microestado é igualmente provável,

we can see that some of the energy configurations

podemos ver que algumas configurações de energia

have a higher probability of occurring than others.

têm maior probabilidade de ocorrência do que outras.

That's due to their greater number of microstates.

Isso é devido a seus maiores números de microestados.

Entropy is a direct measure of each energy configuration's probability.

Entropia é a medida direta da cada probabilidade de configuração energética.

What we see is that the energy configuration

O que vemos é que a configuração energética,

in which the energy is most spread out between the solids

na qual a energia é mais dispersa entre os sólidos, tem a entropia mais alta.

has the highest entropy.

So in a general sense,

Então, de modo geral,

entropy can be thought of as a measurement of this energy spread.

pode-se pensar em entropia como uma medição da energia dispersa.

Low entropy means the energy is concentrated.

Baixa entropia significa que a energia está concentrada.

High entropy means it's spread out.

Alta entropia significa que está dispersa.

To see why entropy is useful for explaining spontaneous processes,

Para observar por que a entropia é útil para explicar processos espontâneos,

like hot objects cooling down,

como objetos quentes se esfriando,

we need to look at a dynamic system where the energy moves.

precisamos analisar um sistema dinâmico, no qual a energia se move.

In reality, energy doesn't stay put.

Na verdade, a energia não fica parada.

It continuously moves between neighboring bonds.

Está constantemente se movendo entre ligações vizinhas.

As the energy moves,

À medida que a energia se move, a configuração energética pode mudar.

the energy configuration can change.

Because of the distribution of microstates,

Devido à distribuição dos microestados,

there's a 21% chance that the system will later be in the configuration

há uma chance de 21% de que o sistema estará mais tarde na configuração

in which the energy is maximally spread out,

na qual a energia está maximamente dispersa;

there's a 13% chance that it will return to its starting point,

há uma chance de 13%, de que retornará ao seu ponto inicial

and an 8% chance that A will actually gain energy.

e uma chance de 8% de que A irá, na verdade, ganhar energia.

Again, we see that because there are more ways to have dispersed energy

Assim, vimos que, por existir mais maneiras da energia dispersar-se

and high entropy than concentrated energy,

e alta entropia ao invés de energia concentrada,

the energy tends to spread out.

a energia tende a espalhar-se.

That's why if you put a hot object next to a cold one,

Por esse motivo, ao colocar um objeto quente perto de um frio,

the cold one will warm up and the hot one will cool down.

o objeto frio irá aquecer-se e o quente esfriar-se.

But even in that example,

Mas, mesmo nesse exemplo, há uma chance de 8%

there is an 8% chance that the hot object would get hotter.

do objeto quente ficar mais quente.

Why doesn't this ever happen in real life?

Por que isso nunca acontece na vida real?

It's all about the size of the system.

Isso está puramente relacionado ao tamanho do sistema.

Our hypothetical solids only had six bonds each.

Nossos sólidos hipotéticos tinham apenas seis ligações cada.

Let's scale the solids up to 6,000 bonds and 8,000 units of energy,

Vamos aumentar os sólidos para 6 mil ligações e 8 mil unidades de energia

and again start the system with three-quarters of the energy in A

e começar o sistema, novamente, com três-quartos de energia em A

and one-quarter in B.

e um-quarto em B.

Agora, podemos ver que a chance de A espontaneamente adquirir mais energia

Now we find that chance of A spontaneously acquiring more energy

is this tiny number.

é esse número minúsculo.

Familiar, everyday objects have many, many times more particles than this.

Objetos comuns do dia a dia têm infinitamente mais partículas do que isso.

The chance of a hot object in the real world getting hotter

A chance de um objeto quente, na vida real, ficar mais quente,

is so absurdly small,

é absurdamente pequena,

it just never happens.

simplesmente, nunca acontece.

Ice melts,

O gelo derrete,

cream mixes in,

o creme se mistura

and tires deflate

e pneus murcham,

because these states have more dispersed energy than the originals.

pois esses estados têm mais energia dispersa do que seus estados iniciais.

There's no mysterious force nudging the system towards higher entropy.

Não há força misteriosa empurrando o sistema para maior entropia.

It's just that higher entropy is always statistically more likely.

Simplesmente, maior entropia é sempre estatisticamente mais provável.

That's why entropy has been called time's arrow.

É por isso que entropia tem sido chamada de seta do tempo.

If energy has the opportunity to spread out, it will.

Se a energia tiver oportunidade de espalhar-se, assim o fará.