O campo de Termodinâmica é tido como algo inacessível para o raciocínio dos pobres mortais. Esta é uma concepção errônea. Qualquer dona de casa ou diarista entra em contato com conceitos Termodinâmicas em seu dia a dia, quando cozinha, passa a roupa, faz café, etc. Todas as pessoas utilizam agasalhos no frio para se aquecer, e isto é uma forma de contato com as Leis da Termodinâmica.
Vamos abordar os aspectos teóricos da Segunda Lei, sem entrar no mérito dos gráficos ou demonstrações de fórmulas.
Enunciados da Segunda Lei
Para leigos e novatos nesta ciência, esta lei pode ser enunciada nas seguintes formas bem populares:
Na natureza tudo se desgasta;
Em todos os processos existe desperdício;
Todo sistema tende à desorganização ou "a desarrumação é natural";
Todo sistema tende a ficar equilibrado em um nível mais baixo de energia;
O domínio, no sistema econômico, é a pobreza;
Significado sistêmico de Entropia
Um Sistema é tanto mais entrópico quanto maior for o número de microestados que ele apresenta.
O caso da sua mesa
O exemplo mais próximo da realidade das pessoas que trabalham em escritórios ou estudam é a mesa onde exercem sua atividade. A situação inicial desta mesa é a de uma arrumação funcional bem adequada. Então começamos os nossos dias de trabalho.
No primeiro dia, chegam dois comunicados de serviço demandados para você. Você os deixa ao lado do teclado, pega o primeiro e começa a cumprir o que lhe foi demandado. Depois de alguns minutos, o papel onde está descrita a primeira demanda está cheio de anotações, como providências tomadas, pessoas contatadas e telefones para contato, além de datas e horários de reunião. Você passa para a segunda demanda, e mais anotações são feitas.
No segundo dia, o trabalho continua sobre as suas demandas. Chega então um jornal com as notícias do seu plano de saúde. Ele vai para o outro lado do teclado, enquanto o trabalho prossegue.
No terceiro dia, chega um aparelho celular que um colega pediu prá você testar. Para isto é preciso instalar alguns aplicativos, o dicionário de Inglês e um aplicativo de Scanner. Para mexer no celular você baixa o manual do modelo para se certificar de suas características.
Após 2 semanas, demandas vieram, outras foram resolvidas, mas sua mesa está um caos, onde só o dono consegue achar as coisas.
Pois bem, a sua mesa serviu de caso de Sistema para análise desta Segunda Lei. Esta é uma forma do que chamamos de "Entropia Organizacional". Se quisermos voltar ao estado da mesa arrumada, teremos de dispender tempo e energia humana. É preciso separar o que é útil e arquivar, bem como anotar na agenda os nomes e telefones de contato. Não vale pegar todos os registros e anotações acessórias das demandas concluídas e jogar no lixo. Nem a natureza faz tal coisa, aproveitando tudo o que foi transformado.
Esta Entropia é a principal propriedade analisada na Segunda Lei da Termodinâmica.
No caso da análise da sua mesa pelo
significado sistêmico de Entropia, onde havia um microestado predominante (superfície de mesa desocupada) em 70 % da superfície, após a bagunça existe uma distribuição maior de microestados: 5% de superfície limpa, 10 % de superfície ocupada por copos (de água, café e chá), 20 % de superfície ocupada por demandas, 20 % ocupados por anotações, 10 % ocupada por cartões de clientes e fornecedores, 10 % ocupados por clipes, elásticos e lápis, 10 % ocupada por celulares e 15 % ocupada por pastas.
A Entropia na prática
Ao fundar uma empresa, e se alocar um espaço físico para seus escritórios, começam a chegar os caminhões com os insumos para ela operar. O caminhão de computadores chega com baixíssima entropia, pois o único microestado observado é "caixote com computador". O mesmo ocorre com o caminhão de mesas. Chegam "caixotes com peças para montagem de mesas". Chega o caminhão de papel A4, também com baixa entropia, pois lá dentro só tem papel.
À medida em que as mesas são armadas nos vários postos de trabalho e colocados os computadores correspondentes sobre algumas delas, vê-se o aumento de microestados possíveis achados quando se aborda a superfície da empresa. Existem salas que vão apresentar 4 mesas, outras 6, outras 10, etc. Isto conjugado ao fato de que existirão mesas com e sem computadores.
Mas o uso do papel é que vai revelar uma expressão do que é um verdadeiro e visível aumento de entropia. O que estava todo organizado emk pacotes de 500 folhas por pacote, vai se espalhar pelos armários, mesas, lixeira, acrescido do aspecto que haverá folhas escritas a mão, impressas em computador, e isto com várias finalidades intrínsecas. As impressas poderão ser relatórios, apresentações, gráficos, listas de demandas, atas, comunicados, etc.
Quanto mais multiuso é um insumo, mais entropia ele expressa.
Entropia na Teoria
Existem 3 enunciados formais para a Segunda Lei da Termodinâmica, algumas vezes erroneamente denominada Lei da Entropia:
Clausius: O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor para um outro de temperatura mais alta. Deste ponto de vista, como a energia térmica só flui do corpo mais quente para o mais frio, a temperatura de equilíbrio entre ambos é mais baixa do que a do corpo mais quente.
Kelvin-Planck: É impossível a construção de uma máquina que, operando em um Ciclo Termodinâmico, converta toda a quantidade de calor em trabalho. Em relação a Clausius, este enunciado não cita a direção do fluxo de energia térmica, mas já deixa claro que uma parte desta energia é, de alguma forma, perdida.
Popular: Não é possível existir um dispositivo que processe energia térmica de tal forma que haja um rendimento de 100 %.
Delimitando Sistemas
Para entender bem onde está a Fonte Quente (maior temperatura), a Fonte Fria (menor temperatura) e como se realiza o Trabalho, é preciso saber delimitar as
Fronteiras do Sistema( Este artigo fala de Sistemas Estáticos e Dinâmicos, explicando como saber das suas fronteiras).
Um dos casos polêmicos é o do Universo. O estudo da Física Quântica, da Astronomia e da Física das Partículas já possibilitou obter-se o menor e o maior comprimento possíveis. O menor é um yoctometro: 0,00000000000000000000000000000000001 metros. E o maior é o tamanho estimado do Universo: 930000000000000000000000000 metros (25 zeros). Esta estimativa do tamanho do Universo foi apresentada por Neil Cornish em seu trabalho "Measuring the topology of the Universe".
Se o Universo, para os físicos, tem um tamanho limitado, ele é um Sistema fechado. Ele não possui "pontas soltas", e seu formato é em curva fechada, como a ponta tríplice de uma broca de perfuração arredondada.
As células/corpos como máquinas térmicas
Nossos corpos tem uma temperatura basal de 36º centígrados, resultante da emissão de calor como resultado residual de nossos processos biológicos. Seria errado dizer que nosso calor é gerado pelos nossos processos metabólicos. A finalidade dos mesmos é a quebra de compostos complexos oriundos da alimentação em compostos menores, para formação de outros complexos que são utilizados pelo corpo. O calor produzido é uma consequência, e não objetivo principal de nosso metabolismo.
O corpo
Analisado pelo significado sistêmico de Entropia, nosso corpo tem uma distribuição muito entrópica. Os músculos, vasos linfáticos e vasos sanguíneos estão espalhados pelo tronco, cabeça e membros. Os ossos podem ser encarados como estrutura e a pele como um limite do sistema. A cabeça é um dos subsistemas mais entrópicos, pois contempla o cérebro, músculos, ossos cervicais, olhos, nariz, boca, ouvidos e uma série de cavidades digestivas e respiratórias. O tórax e abdômem também são entrópicos, por conterem órgãos variados.
Os subsistemas menos entrópicos são os membros superiores e inferiores.
A célula
Uma célula, como unidade metabólica básica dos seres vivos, vai servir como ponto de partida para explicar os aspectos termodinâmicos que permeiam a vida e a sua manutenção.
A célula é um sistema, assim a chamaremos também, que produz sua própria energia por m,eio das mitocôndrias. O resultado térmico global é uma temperatura que oscila em torno da média de 36º C sob condições normais de saúde.
Os Unicelulares
O organismo unicelular precisa apenas de nutrientes para gerar a energia necessária para a sua manutenção. Estes nutrientes vão desde os sais minerais até compostos de cadeia carbônica que servem de matéria-prima para as reações complexas que ocorrem dentro da sua célula. O principal tipo de reação envolve a síntese de proteínas do seu metabolismo.
As paredes celulares e o citoesqueleto precisam de recomposição periódica, enzimas precisam ser sintetizadas para que, por sua vez, auxiliem as outras reações do metabolismo deste unicelular. Portanto, o sistema a ser considerado na abordagem deste ser é a vizinhança imediatamente próxima do ser.
E como saber se este metabolismo (processo) é ou não entrópico ?
O segredo é abordar a desfosforilação quando da transformação do ATP em ADP para ativação de enzimas e proteínas de transporte celular (Quinases), e o enovelamento de proteínas. O ATP é a Adenosina Tri-Fosfato e o ADP corresponde à Adenosina Di-Fosfato.
No caso da própria síntese do ATP nas mitocôndrias, processo complexo correspondente à respiração celular, a constatação de que ele é entrópico é feita pela observação da elevação de temperatura da célula e consequente manutenção da temperatura basal do organismo vivo. Cessada a atividade destas mitocôndrias (morte) temos a consequente morte do organismo, pois a sua temperatura cai, impossibilitando as demais reações celulares.
NOTA: As pessoas mais velhas precisam consumir mais bebidas quentes, pois a perda de tecido muscular, responsável pela manutenção do calor corporal, provoca a queda da temperatura basal, e o processo digestivo não se dá com eficiência, provocando as diarréias e outros problemas.
Enovelamento de Proteínas
Quando as proteínas são sintetizadas, elas não são armazenadas na sua forma original de uma fita com a sequência de aminoácidos determinada pelo RNA. Ao fim da síntese, elas precisam ser enoveladas (enroladas) de uma forma a deixar expostos os seus centros ativos, que vão se encaixar nas outras moléculas com as quais vão se combinar.
Este enovelamento é também um processo entrópico, comprovado pelos trabalhos citados na bibliografia.
A célula sob o ponto de vista da Entropia Sistêmica
A célula é um sistema altamente organizado, qualquer um diria, pela precisão com que trabalha e se mantém. A distribuição de seus subsistemas é também muito uniforme. Então como se pode afirmar que ela é entrópica no desempenho de suas funções ?
A resposta é que ela, assim como os empregados que tentam arrumar a sua mesa, mantém esta organização aumentando a entropia das suas vizinhanças. Lembre-se, você mesmo, ser humano, de que precisa se alimentar, e que o metabolismo do seu alimento produz excretas. Seu corpo funciona maravilhosamente bem, mas você despeja produtos metabólicos que precisam ser canalizados para locais seguros, para que o ambiente (nossa vizinhança) não seja contaminada e depois nos contamine.
Nossos resíduos metabólicos precisam ser conduzidos para redes de esgoto, para não contaminar a nossa água de beber e nem nossos alimentos que sejam ingeridos crus.
Processo e Sistema
Ao fim desta explanação, devemos voltar a dois pontos da discussão. Falamos em Sistemas ressaltando que suas fronteiras tem que ser bem definidas. O Sistema é a extensão que engloba as entidades envolvidas, como se fosse uma área "geográfica".
Já os Processos foram abordados, no caso da célula, tendo como exemplo as reações químicas que envolvem proteínas, entre muitos outros componentes.
Portanto, Sistema é uma região, e Processo é um evento químico ou reação química.
É comum ver em discussões sobre a Evolução Darwiniana pessoas citando que "
A Evolução é um Sistema aberto". Esta é uma frase totalmente absurda. Se a Evolução for algo, ela deve ser encaixada em PROCESSO. E se ela ocorrer em um lugar, o Universo, ou o planeta Terra, este lugar, com todos os seus componentes, se constitui num Sistema.
Não se deve confundir Sistema com Processo
_______________________________________________________________
Bibliografia:
Bioenergética - Prof. Dr. Wagner de Jesus Pinho e Prof. Msc. Marcelo Castanheira da Silva
Estudos Estruturais e Funcionais das Proteínas - J.L.Souza Lopes/Assuero F.Garcia/Júlio C.P.Damalio
Físico-Química - Peter Atkins
Measuring the topology of the Universe - Neil Cornish
Princípios de Bioquímica - Lehninger
