Questão: Quem se importa com a Segunda Lei da Termodinâmica?
 Resposta: Todos que se interessam em saber como nosso mundo material-- mundo de energia e matéria -- funciona.

 Q: É mesmo uma idéia importante?
 R: A maior, mais poderosa, e mais ampla idéia em toda a ciência. Porque papel, árvores, carvão e várias coisas tendem a se incendiar, porque areia e gelo seco mesmo em oxigênio puro não queimam, porque o Sol irá Futuramente se resfriar, porque o ferro enferruja, porque existem tornados ou manifestações atmosféricas em toda a Terra, porque as coisas quebram, porque casas podem ser destruídas em explosões, porque as coisas vivas tendem a morrer.
Isso é só o começo

 Q: Só o começo? Ok, ok, estou impressionado. Então, o que É a segunda lei da termodinâmica? Bem, espere um minuto, o que é a primeira lei?
 R: A primeira lei é muito simples e importante, mas um tanto sem graça: Você não pode criar ou destruir energia.

  Você só pode alterá-la de uma forma para outra, por exemplo, a eletricidade ao calor, o calor que vai fazer ferver água e gerar vapor d´água, o vapor para empurrar um pistão (energia mecânica) ou girar uma turbina que faz eletricidade, que por sua vez pode gerar luz de uma lâmpada ou de som em um sistema de alto-falantes de áudio, e assim por diante. É isso. Importante, mas monótona.

  A segunda lei da termodinâmica parece matematicamente simples mas tem sutis e complexas implicações que faz muitos químicos suarem muito antes (e depois) de sua graduação. Felizmente é prática, com aplicações visíveis e claras. É disto que vamos falar. Teremos então conclusões bem sofisticadas de como o mundo material e os objetos afetam nossas vidas.

Q: Parece interessante. Estou ouvindo.
R: Olhe para a direção que a energia flui em qualquer situação ou processo ou evento. Este é o primeiro passo para compreender o que a segunda lei da termodinâmica é e como pode ser aplicada.

  A energia espontaneamente tende a fluir de estar concentrada em um lugar para se tornar difusa ou dispersa e espalhada.

(Mais tarde vamos voltar a essas duas palavras complicadas "espontaneamente" e "tende"). É esta, a grande idéia. A perfeita ilustração é: uma resfria quando é retirada da chama de um fogão. Sua energia térmica ("calor") flui para o ar mais frio do ambiente. O oposto nunca ocorre.

Q: Ora essa. Tudo isso para ter esses exemplos bobos?
R: Não me desmereça. Eu poderia mostrar equações diferenciais e diagramas em vez de exemplos do dia-a-dia. Estamos indo pela via prática e visual em vez de ir pela rota das equações matemáticas, essencial como é na química.

O importante nessa história é que todos tipos de energia se espalham como a energia na o faz (a menos que algo esteja impedindo que isso ocorra). A energia não tende a ficar concentrada em um pequeno espaço; tende sim a se tornar dispersa se for possível -- como a eletricidade em uma bateria ou linha de força ou raio, ou vento em um sistema atmosférico de alta pressão ou ar comprimido em um pneu. Todos objetos aquecidos, sons altos, água ou pedra em uma colina, ou a energia cinética de um carro quando a gasolina acaba. Todos esses diferentes tipos de energia se espalham se existir um modo pelo qual isso pode acontecer.

Entendeu o ponto? A Segunda Lei da termodinâmica sumariza que vários diferentes eventos envolvendo todos tipos de energia tem algo em comum. Um pneu que explode ou uma bateria de carro que perde a carga -- o que poderia parecer ser mais diverso que esses dois exemplos!? Já a razão para ocorrerem é a mesma, é a tendência da energia concentrada não ficar localizada, dispersando-se assim que tiver chance para fazê-lo.

Um grande objetivo na vida é encontrar GRANDE idéias que descrevam como o mundo funciona, para entender e descrever porque e como as coisas acontecem a nossa volta em termos de princípios básicos. Princípios que podem ser testados e checados. Você não pode fazer algo melhor que a Segunda Lei da Termodinâmica. E a direção do fluxo de energia é apenas a ponta do iceberg da lei.

Q: Só a ponta do iceberg?! Como aquele do Titanic?!
R: Convenhamos. Você sabe que é apenas uma figura de linguagem para dar uma noção do que é o princípio. Mas... OK, vamos ir literalmente na questão: Rode aquele filme do Titanic quando atinge o iceberg. Veja aquelas placas de aço do casco rasgando e o navio afundando. É real, correto? Você poderia imaginar um evento real em que o contrário ocorre? Um navio afundando em que o casco se reforma e vem a tona e volta a flutuar sozinho? Ridículo, né. Muito estúpido. Mas porque é estúpido? Porque é improvável pela minha e sua experiência. Somente um filme rodando ao contrário poderia mostrar esse tipo de fantasia irreal. A Segunda Lei não é apenas uma idéia estranha, mas sim se adapta a todas coisas comuns que acontecem.

Nosso senso psicológico de tempo é baseado na Segunda Lei.
  Isso resume o que vemos, o que experimentamos, o que pensamos que irá ocorrer.
 
  Navios afundando são como rochas rolando montanha abaixo -- quando eles afundam, sua energia potencial, devido a estarem na superfície do oceano, é dispersa na água que espalham (ou, no caso da rocha na montanha, dispersa a energia rolando e acertando outras pedras, dando a elas um pouco de energia cinética e aquecimento leve devido à fricção.)

Em um vídeo que roda ao contrário, talvez você já tenha achado engraçado ver um mergulhador voar de volta ao trampolim de onde veio, mas você nunca seria enganado se o vídeo fosse rodado na direção correta. Inconcientemente, você compara o que vê com a experiência de vida -- e tudo na sua vida segue a Segunda Lei. Mesmo se você nunca ouviu falar dessa Lei antes, na sua vida já ocorreram milhares e milhares de exemplos de energia que flui de uma situação concentrada para uma mais difusa.

Mergulhadores não retornam ao trampolim, rochas no vale não retornam ao topo da montanha, ar não infla sozinho um pneu murcho, baterias não se carregam só de olhar para elas. Todos estes eventos absurdos teriam em comum uma concentração de energia, o oposto de uma dispersão da energia. Percebemos que vídeos ou filmes estão indo na direção correta se os eventos neles ocorrem de acordo com nossa experiência de vida sobre a direção do fluxo de energia: concentrado para disperso. A Segunda Lei aponta a direção de como vemos o tempo fluir.

Q: Então é por esse motivo que as pessoas chama a Segunda Lei de "Seta do tempo"?
R: Você captou a idéia. Agora vamos esclarecer um pouco essas palavras complicadas, "espontaneamente"  e "tende" que aparecem na definição da Segunda Lei "Energia tende espontaneamente a fluir somente de um local em que está concentrada para uma situação mais difusa e espalhada.".

Q: Porque se importar? "Espontâneo" significa rápido, falante, sa...
R: Espera! Essas definições pode se aplicar a pessoas, mas aqui estamos discutindo sobre coisas e comportamentos químicos. Na segunda lei a palavra "espontâneo" significa somente que qualquer energia que está disponível em um objeto ou subtância para difundir irá se espalhar deste - se você der a chance para que isso aconteça. Isso não tem nada a ver com a velocidade em que o processo ocorre após essa dispersão de energia se iniciar, ou mesmo quando irá começar. É por isso que o ´TENDE´ é tão importante para se entender a segunda lei.

A energia disponível em uma frigideira quente ou em um alto BUM de um tambor imediatamente e rapidamente tendem a se espalhar para o meio em que estão. Nada impede que isso ocorra. Vários eventos cotidianos comuns e também infelizes ocorrem assim. Uma ilustração simples: se eu seguro uma pedra em minhão mão ela está pronta para cair, sua energia potencial está concentrada porquer está acima do solo. Se a segunda lei da termodinâmica é tão importante e poderosa, porque essa energia concentrada na pedra não se dissipa? Obviamente, isso não é possível porque meus dedos estão segurando, impedindo a pedra de cair. A segunda lei não é violada. A pedra TENDE a cair e difundir sua energia para o ar e o solo quando o atingir -- e irá acontecer espontaneamente, sem qualquer ajuda se eu abrir meus dedos e permitir que a pedra caia.

Q: Isso é realmente tão importante?
R: Sim, é! Muitos filósofos e escritores aprenderam sobre a segunda lei somente de físicos.

  Infelizmente, os físicos enfatizam o que ocorre em um sistema fechado ou isolado com pequenas partículas em vez de falar no nosso mundo real com fluxo-aberto, com árvores, aço, brilho do Sol, rochas e pessoas, um mundo de energia solar e coisas feitas de compostos químicos. Portanto, muitos leitores de filosofia para leigos e livros populares têm sido iludidos e amedrontados por conversas de que a segunda lei é um rápido caminho para o apocalipse. Os escritores passam tão rapidamente sobre o fato de que temos uma TENDÊNCIA em vez de uma previsão de que um fato vai ocorrer logo em seguida.

 Em muitas subtâncias químicas e coisas do mundo real e segunda lei da termodinâmica pode ser obstruída por milhões de anos. Certamente, as montanhas do mundo não deslizaram para o nível do mar nas últimas várias centenas de séculos! Semelhante aos meus dedos segurando a pequena pedra (mas milhões de vezes mais seguro), mesmo a mais instável pedra em uma montanha está ligada, quimicamente ligada, a átomos adjacentes dificultando essa pedra em seguir a sua tendência em cair. Aqui, como em incontáveis outros exemplos, a segunda lei é impedida pela força das ligações químicas. É necessário um grande número de repetidas interferências externas, como o frio, calor, terremotos, ventos para quebrar as ligações deixando a pedra livre para rolar montanha abaixo.

  O impedimento (de tendências) da segunda lei é absolutamente necessário para nos estamos vivos e felizes. Nem um dos sistemas complexos de substâncias químicas e coisas que gostamos existiriam por um microsegundo se a segunda lei não fosse obstruída. A tendência nunca é eliminada mas, felizmente para nós, para inúmeros compostos ela é bloqueada durante toda a nossa vida ou até mais.

Q: E o que temos a ver com as rochas?
R: Sim, mas não esqueça o que elas ilustram.

  Acho que é útil ver alguns modos de como a segunda lei funciona no nosso mundo real e um objetos do dia-a-dia antes de vê-la em relação a substâncias puras, que compõem esses objetos. O foco dos professores de química para a segunda lei começa na abordagem de átomos e moléculas. E, está tudo OK. Os professores acertadamente evitam falar muito de objetos de grandes dimensões. Existe pouco tempo em um curso de química para se falar de tudo, da natureza dos átomos e moléculas e substâncias químicas. Objetos são feitos de substâncias químicas e se assume que eles se comportem como as substâncias que os constituem. O que os objetos grandes fazem por serem coisas grandes compostos de moléculas pequenas deve ser deixado para outros cursos ou nossa experiência futura.

Iremos adiante para ver como a segunda lei afeta objetos comuns e como é parecida com a divertida Lei de Murphy (OBS: A lei de Murphy não é científica, é apenas uma brincadeira).

Continue lendo a parte 2

Fonte: http://www.secondlaw.com/two.html

O texto acima foi traduzido com a permissão do autor original.(Frank L. Lambert, Professor Emeritus Occidental College, Los Angeles)