São Paulo, terça-feira, 02 de setembro de 2008 | |
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Vale a pena saber FÍSICA Um cafezinho frio pode se esquentar novamente?
HUGO CARNEIRO REIS
É possível que um cafezinho
frio possa espontaneamente
tornar-se quente novamente?
Antes de respondermos a esta
pergunta, cuja resposta parece
óbvia, vamos analisar a situação utilizando a termodinâmica, área da física que estuda a
dinâmica do calor.
Sabemos, por experiência,
que se colocarmos um corpo
quente junto a um corpo frio, a
temperatura do quente diminui e a do frio aumenta, até
chegarmos a um estado em que
a temperatura dos dois corpos
é a mesma. Este estado é chamado de equilíbrio térmico.
Mas por que os corpos em diferentes temperaturas colocados em contato tendem a essa
condição? Para entender essa
questão, precisamos compreender o conceito de temperatura, que está associado à
média da energia de vibração
(energia cinética) das partículas que constituem os corpos.
Quanto maior a temperatura
de um corpo, maior o estado de
vibração de suas partículas. No
caso do cafezinho, os átomos e
moléculas do líquido (maior
temperatura) transferem energia cinética para os átomos e
moléculas do ar em torno do
café (menor temperatura), diminuindo sua própria energia.
Podemos, ainda, pensar da
seguinte maneira: o número de
possibilidades relacionadas à
transferência de energia do café para o ar é muito maior do
que aquele associado à transferência de energia do ar para o
café, uma vez que os átomos do
café estão vibrando mais intensamente do que aqueles do ar.
Observe que isso define uma
única seqüência temporal para
o processo, impedindo a ocorrência no sentido inverso.
Tais processos são chamados
de irreversíveis, e admitimos,
na física, que todo processo natural é desse tipo. A impossibilidade de os processos naturais
acontecerem no sentido inverso é conhecida como segunda
lei da termodinâmica. Além
disso, como esses processos
acontecem apenas em um sentido temporal, é possível definir o que os físicos chamam de
seta do tempo.
A única maneira de reverter
um processo natural, ou seja,
devolvê-lo ao seu estado inicial,
é fornecendo energia ao sistema. Podemos recuperar a temperatura inicial do café aquecendo-o no fogão.
É praticamente impossível
que o estado microscópico
(atômico) inicial do cafezinho
seja o mesmo, pois, sendo a
temperatura uma média, existe um número muito grande de
configurações de energia para
cada partícula associadas a
uma mesma temperatura.
No final do século 19, o físico
austríaco Ludwig Boltzmann
percebeu que essa singularidade dos processos naturais podia ser reconhecida como uma
característica estatística dos
estados termodinâmicos e, a
partir daí, iniciou-se a busca
pela compreensão desses fenômenos em uma nova área da física, chamada de mecânica estatística. Nela, admite-se como
possível o ar esquentar espontaneamente o café. Porém, a
probabilidade de isso acontecer é infimamente pequena, e o
tempo necessário para isso
ocorrer é infinitamente grande, maior do que a idade do
Universo, em torno de 15 bilhões de anos.
Portanto, embora a termodinâmica responda, com absoluta certeza, negativamente nossa questão, a mecânica estatística não garante essa resposta.
As conseqüências da irreversibilidade dos processos naturais para a história do Universo
são dramáticas: nos processos
naturais, uma parte da energia
não pode ser reaproveitada, o
que significa que em algum
momento da vida do Universo
não haverá nenhuma forma de
energia aproveitável e ele entrará em equilíbrio térmico, o
que impedirá qualquer tipo de
transformação de energia. Será
a morte térmica do Universo.
Aceita um cafezinho?
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