Entropia e Sistemas

Entropia e Sistemas Laura Angélica Ardila Rodriguez Carlos Alberto Souto

Professor Eudes

Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Materiais Termodinâmica - Seminário 1 Laura Angélica Ardila Rodriguez Carlos Alberto Souto

Sumário

Evolução: A Teoria da Evolução Contradiz a Segunda Lei da Termodinâmica? ........................ 1 O Tribunal e o Júri – Nosso Réu: A Evolução da Espécie ....................................................... 3 Fronteira de um sistema ........................................................................................... 4 Quantificando a desordem de um sistema ....................................................................... 7 Conceitos Básicos de Mecânica Estatística (Um breve resumo): ............................................. 8 Exemplificando o Aumento de Entropia:........................................................................ 10 Modelo de Einstein ................................................................................................. 10 Analisemos agora os diagramas S x U de um sistema, agora na Termodinâmica Clássica: .............. 13 Voltando ao nosso Réu ............................................................................................ 14 Progresso: Ciência e Tecnologia criam um mundo mais ordenado?..................................... 15 Crescimento Econômico: Crescimento contínuo desde o progresso? .................................. 16 Poluição: Degradação da terra e a qualidade de vida dos seres humanos.............................. 20 Referências ............................................................................................................ 24

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Seminário Termodinâmica 1ºSemestre de 2016

Pós-graduação em Engenharia e Ciência de Materiais Termodinâmica - Seminário 1 Laura Angélica Ardila Rodriguez Carlos Alberto Souto

Seminário 01: Entropia em Sistemas Resumo Esquemático:

Fim da Vida na Terra?

Aumento Entropia>>>>>>>>>>>

Evolução: A Teoria da Evolução Contradiz a Segunda Lei da Termodinâmica? Hoje a Teoria da Evolução é embasada pela: • Seleção Natural (Elaborada por Charles Darwin) • Genética das Espécies e Herança Biológica (Gregor Mendel) • Genética Populacional – Forças Evolutivas: Complementando as anteriores com: o o o o

Seleção Natural Derivação Genética Mutação Fluxo Genético

Porém, anti evolucionistas colocam em xeque a teoria da evolução comprovada cientificamente com outra teoria também proposta pelo mundo científico. A segunda lei da termodinâmica. Ou seja, eles argumentam categoricamente que a teoria da evolução viola a segunda lei da termodinâmica.

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Os seus argumentos: 1. A teoria evolucionista afirma que as espécies atuais foram desenvolvidas a partir de formas de vida anteriores. 2. Essas formas de vida anteriores eram mais simples, ou seja, tinham um organismo menos complexo do que na atualidade. 3. Assim, a teoria da evolução afirma que os organismos foram, ao longo do tempo, melhores ordenados. 4. Já a segunda lei da termodinâmica afirma que a entropia aumenta, isto é, os sistemas ao longo do tempo tornam-se mais desordenados. 5. Neste contexto, tanto a teoria evolutiva como segunda lei da termodinâmica não podem ambas serem corretas. 6. A física é um campo mais básico, é exato, melhor estabelecido, do que a biologia. 7. Portanto, devemos preferir a segunda lei da termodinâmica e rejeitar a teoria da evolução. (Schreiber & Gimbel, 2010) Os seres vivos possuem um elevadíssimo grau de ordem em seus organismos, desde o código genético até as características finais padronizadas de cada espécie em nosso planeta, onde esta organização, como todos sabem, foi espontânea e está ainda em percurso, pois todos nós, sendo seres vivos, estamos evoluindo. Logo, temos um impasse: Pelos argumentos propostos, a entropia nos seres vivos está diminuindo naturalmente. A segunda lei da termodinâmica afirma que em processos reais, a entropia naturalmente aumenta em um sistema isolado. Está lançado o desafio! A teoria da evolução contradiz a segunda lei da termodinâmica e vice versa?

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O Tribunal e o Júri – Nosso Réu: A Evolução da Espécie Antes de chegarmos a um veredicto, vamos entender um pouco mais sobre esta propriedade termodinâmica. A Entropia. Pela termodinâmica, temos a entropia como: , tal que: , são

•

, é a Variação de energia do sistema;

• •

respectivamente as Entropias Final e Inicial do sistema;

, é a Temperatura do sistema.

A igualdade desta inequação é utilizada apenas para processos reversíveis. Já a desigualdade, que é o ponto chave de nossa discussão, este indica que processos irreversíveis aconteceram no sistema. Neste caso “Nada será como antes”, ou seja, o grau de desordem sempre aumenta naturalmente em um sistema isolado, onde processos irreversíveis acontecem. "A segunda lei exige que a entropia de um sistema isolado permaneça constante para um processo reversível ou aumente para um processo real" (Kroos & Potter, 2015)

Aqui está o primeiro ponto de nossa defesa. Alguns, de forma equívoca, afirmam que a “entropia sempre aumenta”. Isto não é verdade, pois temos que analisar a segunda lei em sua integridade. Ela afirma que “a entropia de um sistema isolado aumenta em um processo real” e não simplesmente “sempre aumenta”. A sutil palavra, isolado, explica e garante o que a segunda lei afirma. Logo, isso pode ser declarado para qualquer processo como: , tal que:


é a variação de Entropia do universo




é a variação de entropia do sistema




é a variação de entropia na vizinhança

A variação de entropia do universo líquida

também é denominada como variação de entropia

ou simplesmente a entropia gerada

.

E neste caso o sistema isolado, ao qual a entropia sempre aumenta naturalmente, é o universo ao redor do sistema em estudo. Portanto, antes de definirmos qualquer processo termodinâmico, precisamos definir antes a fronteira do sistema. 3

Fronteira de um sistema Definição de Fronteira: Pela primeira lei, temos que o Trabalho e o Calor devem cruzar a fronteira do sistema para serem diferentes de zero, conforme os casos representados abaixo (Figura 1-Figura 4):

Caso I: o sistema em estudo é a mistura “água x vapor d’água”

Figura 1. Mistura “água x vapor d’água”

Caso II: o sistema em estudo é o “calorímetro”

Figura 2. O Calorímetro

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Caso III: o sistema em estudo é o “gerador conectado ao calorímetro”

Figura 3. Gerador conectado ao calorímetro.

Caso IV: nada cruza a fronteira

Figura 4. Nada cruza a fronteira

Logo, os valores do trabalho e do calor mudam de acordo com a posição da fronteira, ou seja, estes valores são relativos. Podemos concluir também que a variação da entropia, a qual é função do calor em trânsito sobre este sistema, essa também muda relativamente com a fronteira que delimita nosso estudo, podendo aumentar ou diminuir, dependendo do fluxo de energia que cruza a fronteira do sistema. Porém, lembrando que

, uma vez que o universo é um sistema isolado,

a entropia deve sempre aumentar para cada processo real, ou seja,

.

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Um bom exemplo disso seria a nossa geladeira (Figura 5): Temos em nosso congelador, cubos de gelo, onde, devido à diminuição da entropia sobre este sistema, as forminhas de gelo, a água passou para a sua forma mais organizada, o estado sólido, diminuindo sua entropia.

Figura 5. Representação do ciclo de refrigeração da geladeira.

Esta diminuição de entropia sobre este sistema, a água passando para o estado sólido, foi graças ao consumo de energia elétrica, a qual foi transformada em energia mecânica no compressor, que por sua vez transformou-se em energia de pressão sobre o fluido refrigerante, possibilitando a produção do frio no evaporador. Esse, por sua vez, é responsável por absorver o calor dos alimentos e da água nas bandejas de gelo, ou seja, o , porém é necessário transportar toda essa energia térmica retirada da água ao condensador, liberando então esse calor ao ambiente, ou seja, o

.

Lembrando ainda que houve outros locais onde mais energia fluiu para o ambiente, contribuindo então para o aumento da entropia gerada: o atrito nos elementos dinâmicos do compressor, gerando calor e som; e o atrito do próprio fluido refrigerante nas paredes da tubulação de cobre em que se encontra, concluindo então que: . Percebam que a vizinhança desta geladeira, a nossa cozinha, recebeu calor desta máquina térmica, pois ela não é termicamente isolada, aumentando assim a entropia do universo, ou seja, o ambiente. E mesmo que se pegássemos os cubos de gelo e todos os alimentos da geladeira e os colocássemos sobre nossa mesa, no intuito de diminuir toda esta entropia gerada sobre o ambiente, não conseguiríamos voltar ao estado anterior. Logo, em sistemas onde a energia flui por sua fronteira, como no exemplo dos cubos de gelo, neste a entropia pode diminuir à custa do aumento de entropia em outro lugar, no caso, o nosso planeta.

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Quantificando a desordem de um sistema Comparando a 1ª lei da termodinâmica, onde a energia é sempre conservada, com a 2ª lei, onde é impossível termos uma máquina 100% eficiente, observamos que a diferença entre as duas leis é a própria entropia, ou seja, o aumento da desordem que qualquer processo real causa sobre um sistema, determina a diminuição da eficiência deste processo. Podemos entender a entropia como se fosse um imposto energético a ser pago, toda vez que há uma troca de energia entre sistemas. Se não fosse a entropia, seria possível a construção de uma máquina moto perpétua (Figura 6), ou seja, a energia estaria em transito neste sistema movimentando a máquina e seria sempre conservada transitando dentro desta máquina. Isso é impossível, devido à entropia gerada em qualquer processo real.

Figura 6. Máquina moto perpétua. Tomada de (Revista Galileu, 2013)

Mas o que vem a ser esta desordem? Quando fornecemos energia a qualquer sistema (Figura 7), vimos que as propriedades macroscópicas deste mudam, ou seja, a pressão, o volume e a temperatura mudam, porém analisando-o em sua forma microscópica, percebemos que essas propriedades são dependentes do microestado de suas moléculas. Toda vez que, num processo termicamente isolado, um sistema passar de um macroestado a outro, a entropia tende a aumentar.

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Figura 7. A energia elétrica e a entropia. Tomado de : (Moreira, 2015)

Esta palavra em destaque é de suma importância para o bom entendimento do que é a entropia. Ela denota que esta grandeza física, diferentemente das leis de Newton ou da própria 1ª Lei da termodinâmica, é uma grandeza estatística, ou seja, que depende de possibilidades (Ver Simulação: (University of Colorado, 2004)).

SIMULADOR DE MOLÉCULAS Site: https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/re versible-reactions

reversible-reactions_pt_BR.jar

Conceitos Básicos de Mecânica Estatística (Um breve resumo): A mecânica estatística estuda sistemas com grande número de partículas, que por sua vez possuem grande número de graus de liberdade. Os Macroestados de um Sistema: definem os possíveis arranjos gerais (conjuntos de arranjos individuais) em que o sistema pode se encontrar. Os Microestados: são os possíveis arranjos individuais de todo o sistema. A Multiplicidade do macroestado (W): é o número total de microestados que o respectivo macroestado possui. A Hipótese Fundamental da Mecânica Estatística: Num sistema, todos os microestados de cada macroestado, são igualmente prováveis.

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•

O macroestado que possuir maior multiplicidade, ou seja, maior número de microestados, este será o macroestado mais provável. Qualitativamente falando, isto sugere que o estado de um sistema evolua de tal forma que aumente a sua multiplicidade.

•

Como as multiplicidades possuem números muito grandes, utiliza-se a escala logarítmica para especifica-las, introduzindo assim o conceito de entropia, sendo: .

•

Se um sistema for constituído de duas partes (A e B), com suas respectivas multiplicidades (WA e WB), como são probabilidades, observa-se que a multiplicidade total (Wtot) será o produto:

Wtot = WA . WB Portanto, a entropia total (Stot) será:

Sendo: Com a equação acima percebemos claramente que a entropia é realmente uma grandeza extensiva, ou seja, a entropia de todo o sistema é igual à soma das estropias das partes deste sistema. Logo, a entropia mede a desordem de um sistema em termos do número de microestados que estas moléculas podem assumir em um determinado macroestado mais provável, ou seja, em um determinado valor de volume, pressão e temperatura. Destes macroestados possíveis, o arranjo mais provável é o que apresenta maior número de microestados, o qual é diretamente proporcional a este arranjo de desordem de todas essas moléculas e, portanto, também é proporcional ao seu logaritmo. Devido à aleatoriedade dos diversos microestados em que essas moléculas podem assumir, temos então que a entropia tem sua quantificação melhor definida dentro de probabilidades de possíveis microestados assumidos por estas moléculas, onde a distribuição mais provável, ou melhor, o logaritmo desta provável distribuição, será diretamente proporcional à entropia deste sistema. Ou seja:

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Exemplificando o Aumento de Entropia: Supondo dois corpos com diferentes temperaturas, colocados em um recipiente termicamente isolado será observado que, após um intervalo de tempo suficiente, os dois corpos e a sua vizinhança estarão em equilíbrio térmico (Figura 8). Isso todos já sabem intuitivamente, inclusive minha filha de 9 anos quando vê a mãe colocando um bolo para assar no forno ou quando ela mesma coloca gelo no copo com refrigerante.

Figura 8. Recipiente termicamente isolado, onde TA > TB.

Ora, como podemos entender este equilíbrio térmico ao nível microscópico, ou seja, a entropia?

Modelo de Einstein Para analisarmos os possíveis microestados de um sistema formado por sólidos, utilizaremos o modelo de Einstein para tal. Neste modelo Einstein idealizou os íons da estrutura cristalina dos sólidos como osciladores harmônicos, que por sua vez têm 3 graus de liberdade. Sabendo que a energia que cada oscilador harmônico possui é diretamente proporcional à respectiva frequência de vibração, dada por q = h.f, em que: • • •

q é a unidade de energia dos osciladores harmônicos h é a constante de Planck (h = 6,626.10-34 J.s) f é a frequência do oscilador harmônico

Podemos então definir todos os possíveis microestados de um sistema com q unidades de energia, formado por N osciladores harmônicos, utilizando combinações simples de n elementos tomados p a p.

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Ex.: Um sistema que possui 6 unidades de energia (q) para 4 osciladores (N), Figura 9 Possíveis distribuições das unidades de q ( pelas divisões ( ):

) em N osciladores, separados

Figura 9. Sistema com 6 unidades de energia e 4 osciladores harmônicos.

Sendo
n: número de elementos = N + q – 1, ou seja, 4 + 6 – 1 = 9 elementos; p: tomados q a q, ou seja, tomados 6 a 6
C(9;6).

Figura 10. Elementos da análise combinatória.

O número de combinações é dada por: . No exemplo acima temos então C(9;6) = 84 possibilidades

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Para sistemas com números grandes de N e q, teremos que construir uma planilha e com os resultados obtidos, plotar os gráficos conforme a seguir (Figura 11): NA = 300; NB = 200 e q = 100 (Ver planilha em Excel para outros valores).

Figura 11. Planilha dos Microestados Possíveis para Dois Sólidos de Einstein

Obtendo então o diagrama (Figura 12) lnW = f(q), ou seja, S/K = f(q), em que: • • • •

S é a entropia, K a constante de Boltzmann, W o número de microestados de um determinado macroestado Q são unidades de transferência de energia entre os sistemas A e B

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Figura 12. Diagrama lnW = f(q), ou S/K = f(q), em que Stotal = SA + SB.

Com este diagrama, fica claro que, quando colocamos dois objetos em contato térmico, o equilíbrio será alcançado quando a entropia combinada de ambos alcançar o seu valor máximo. (Moore & Schroeder, 1997) A entropia é uma grandeza que, ao longo de uma interação térmica, ela vai procurar o seu ponto máximo e neste ponto temos então o equilíbrio térmico.

Analisemos agora os diagramas S x U de um sistema, agora na Termodinâmica Clássica: Com o diagrama da Figura 13, percebemos que o fluxo natural de calor ente os objetos será sempre no sentido do objeto de menor entropia para o de maior entropia, pois:

>

, mas

Logo, o objeto que possuir maior inclinação Figura 13. Diagrama S x U de um Sistema.

, este

terá menor temperatura, portanto o calor é transferido de A para B como esperado.

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"A entropia é uma medida do número de estados possíveis em que um sistema pode ser encontrado, caso o sondemos. Uma vez que o fluxo de calor vai ao sentido de 'quente' para 'frio', um sistema que ainda não está em equilíbrio, está em fluxo, ou seja, está mudando. Assim, o número de estados possíveis em que o sistema poderia ser encontrado aumenta ao longo do tempo." (Schreiber & Gimbel, 2010) Figura 14. Ludwig Eduard Boltzmann (February 20, 1844 – September 5, 1906)

Voltando ao nosso Réu Se analisarmos cada indivíduo deste planeta, vimos sim um ser complexo, onde a ordem de seu organismo é evidente, porém esta “ordem” teve seus custos: •

Primeiramente impulsionada pela seleção natural, isto desde os organismos mais simples, em que num determinado momento houve mutações favoráveis à sua sobrevivência em comparação aos demais organismos;

•

Houve então uma “luta pela sobrevivência”: a fome, a procura por alimentos, uma disputa por parceiros no processo de reprodução;

•

Tivemos também a destruição de outros seres para saciar as necessidades básicas, luta por territórios, a conquista como forma de sobrevivência;

•

Seguindo então uma grande desordem, que em comparação com a ordem conquistada em cada indivíduo (a evolução), teve maior velocidade, maior intensidade e maior impacto esta desordem, em forma de calor, destruição e resíduos, não absorvidos pela natureza.

Concluímos então que a segunda lei NÃO contraria o Evolucionismo, apenas o confirma.

A ciência é forte em seus argumentos, não há dúvidas nisto, pois evidenciam a vida na Terra através de pesquisas, estudos, testes e comprovações destes testes. Porém temos aqui outro impasse:  Como tudo aconteceu tão certinho neste pequeno ponto do sistema solar, tão corretamente posicionado, permitindo assim a nossa existência? Apesar de a Teoria da Evolução estar tão correta e tão comprovada, e que a entropia está presente, onde a desordem impera, vamos pensar em nossa pequena existência, aqui em nosso pequeno planeta, dentro deste pequeno sistema solar, quase uma poeira dentro desta pequena galáxia, dentro do universo. Que sorte tivemos! 14

Progresso: Ciência e Tecnologia criam um mundo mais ordenado? Como todos os processos de conversão de energia produzem entropia e estão ligados à emissão de calor e partículas, neles a energia perde algo ou toda a sua capacidade de realizar trabalho. Depois dos organismos evoluírem, a cada momento o homem procurou um jeito de progresso visando uma qualidade de vida melhor, só que o ele esqueceu que o preço de ordenar as coisas localmente, aumenta o transtorno do meio ambiente e a perda da qualidade energética (Kümmel, 2011). Vamos dar um exemplo muito simples para deixar claro como o homem progride e gera desordem: Uma criança quando brinca com os seus brinquedos, os tira das prateleiras, e neles identifica formas, cores, jogam eles ao redor, quebram eles, aprende sobre a consistência das coisas, e depois de um tempo, tudo fica disperso no quarto, depois mãe passa e arruma, mas o sucesso está no cérebro da criança, o fato de brincar tem formado novas conexões neuronais, tem armazenado informações novas, melhora a sua compreensão do mundo, então aumenta a ordem do seu cérebro, porém, causando uma desordem no ambiente doméstico. Agora, de um jeito mais geral vamos falar de como o homem procurou progredir, antes da revolução industrial. O homem vivia apenas com a energia da radiação do Sol, depois, o homem aprendeu a usar a energia do Sol para o seu benefício, por exemplo, (Figura 15) com a construção de barcos a vela e isso ajudo o seu progresso, mas a velocidade em que o homem queria progredir foi aumentando até a revolução industrial, então ficou claro que o mundo mudaria por causa das coisas que poderiam ser impulsadas com a energia e mais do que isso, o homem viu que poderia progredir ainda mais, só procurando um caminho para um futuro melhor.

Figura 15. Antes e depois da revolução industrial. Tomado de (Horta, 2014)

Infelizmente, o homem esqueceu ou simplesmente não percebeu que à medida que procurava ordem, desordena a terra, aumenta emissões ao médio ambiente, degrada a qualidade da energia e gera entropia. Notem que a geração de entropia é natural, se o homem não existisse a entropia ainda estaria aqui. A produção de entropia é inevitável, porém o homem acelerou o seu crescimento (Kümmel, 2011). E como foi que o homem fez isso? Bom, como foi dito no início, a produção de entropia gera calor e partículas ou matéria, como por exemplo, as partículas que emanam os fornos, reatores, máquinas térmicas, ou o lixo, 15

matéria prima degradada, etc. Só que é importante saber que à medida que são produzidos esses resíduos, o planeta necessita assimilá-los para não afetar as espécies, porém se não são assimiladas rapidamente, esses resíduos tornam-se simplesmente contaminação ambiental. A atual crise energética e ambiental está associada com os processos de desenvolvimento econômico, a noção de progresso e a percepção da função dos recursos naturais no crescimento econômico. (Granda Carvajal, 2006).

Crescimento Econômico: Crescimento contínuo desde o progresso? Como já se falou, a energia está em todo processo de transformação de matéria, isso inclui a produção de bens e serviços. As possibilidades de transformação de energia são a base principal da noção de progresso, ou seja, as ciências como a economia se embasam nessa teoria: O crescimento contínuo desde o progresso. Porém, essas ciências deixam de lado o princípio de entropia e desconhecem o caráter autodestruidor do progresso que procuram (Granda Carvajal, 2006). Desde o ponto de vista econômico os recursos naturais: • • •

Proveem insumos ao sistema produtivo, Atuam como armazenamento de resíduos resultantes de atividades de produção e consumo, Dão suporte a vida e serviços de recreação, entretenimento e qualidade de vida.

Nicholas Georgescu-Roegen 1 (Figura 16) define o objetivo principal do processo econômico como: assegurar em longo prazo a existência da espécie humana, ou manter e aumentar a qualidade da vida humana e define três importantes processos econômicos: a agricultura, a mineração e a manufatura industrial (Schmitz, 2008).

Figura 16. Nicholas Georgescu-Roegen (4 de fevereiro de 1906 - 30 de outubro de 1994)

Esses processos econômicos, nas teorias econômicas vigentes, são descritos como cíclicos, porque o dinheiro vai de um lado para o outro sem desaparecer (é de fato um erro porque tudo se degrada) como um fluxo isolado do meio físico e, nessa estrutura, não se consideram os 1

Nicholas Georgescu-Roegen foi um matemático e economista heterodoxo romeno cujos trabalhos resultaram no conceito de decrescimento econômico. É considerado como o fundador da bioeconomia.

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recursos naturais e energéticos, nem a sua importância, porque eles são abundantes e tem um baixo valor monetário, simplesmente empresas e famílias intercambiam bens, serviços e dinheiro (Figura 17). Nessa visão, não se considera que tanto bens como serviços intercambiados nos mercados são produzidos sobre as leis da física, química e a biologia (Granda Carvajal, 2006).

Figura 17. Visão clássica de processo econômico. Tomada e adaptada de (Hall, Dietmar, Reiner, Timm, & Wolfgang, 2001)

Se elas fossem consideradas, o sistema econômico seria um subsistema encaixado num ecossistema maior com fluxo entrópico de matéria e energia inerente aos processos de absorção de recursos e saída de resíduos que caracterizam verdadeiramente as atividades do processo econômico (produção e consumo).

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Figura 18. Visão real do processo econômico. Tomada e adaptada de (Hall et al., 2001)

Baseados nessas considerações erradas, a respeito ao baixo valor dos recursos, e visando o crescimento econômico, tem se liderado uma acelerada transformação socioeconômica em que os seres humanos controlam e utilizam esses recursos naturais e energéticos, ainda disponíveis, com fins produtivos e de consumismo, porém a entropia resultante não foi contabilizada, conduz a diversas formas de contaminação ambiental, crise energética e põe em risco o futuro da vida humana no planeta terra. (Granda Carvajal, 2006). A razão é muito simples, a capacidade do ambiente natural é finita, e essa ideia de limite não só se refere á os recursos, mas também a capacidade limitada do planeta para absorver e assimilar os resíduos gerados nos processos de produção e consumo. A visão do sistema econômico centra a sua preocupação no intercâmbio de bens e serviços por valores monetários e se enfoca em fenômenos reversíveis que divergem da natureza entrópica das atividades de produção e consumo que sustentam o processo econômico e que se reflexam na crise ambiental. Isso só quer dizer que, o crescimento econômico só se consegue com aumento de entropia, e não pode ser ilimitado e continuo porque o nosso mundo é limitado, há esgotamento do capital natural como a água, ar, clima, florestas. Além disso, os resíduos não são 100% recicláveis, só é possível recuperar uma parte da matéria e não a energia, e no processo de recuperação se gera ainda mais entropia e se degrada mais a energia (Conde & Mérida, n.d.). A seguir, será exemplificado um processo econômico na produção de garrafas de vidro (Figura 19), neste exemplo também será analisada a geração de entropia no processo (Schmitz, 2008) (Figura 20):

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Figura 19. Ciclo do Vidro. Tomada de (Ramos, 2011)

1. Pegar a matéria prima (Sílica) natural ou a partir de garrafas recicladas, 2. Levar para um forno para fusão a 1700°C (neste o vidro é liquido pelo que a sua entropia é maior, além disso, a energia requerida para aquecer o forno com a queima de combustível gera produção de CO2 e consume energia. Cada tonelada de vidro fundido utiliza 4 GJ de energia, então a entropia aumenta para o vidro e para seu universo em conjunto), 3. Depois se faz um vertido no molde, na forma de garrafa (a entropia da garrafa diminui por causa da solidificação, mas é requerida uma quantidade de energia para compactar nos moldes e isso aumenta a entropia, além disso, ao resfriar o vidro libera calor aos redores o que leva a um novo aumento de entropia líquido. A diminuição da entropia na garrafa é menor do que o aumento no universo pelo que o resultado líquido será um aumento). 4. O reciclado de garrafas vazias, neste processo não se reduz a qualidade do vidro, e economiza 30% em energia e reduz 20% a contaminação do ar, mas para reciclar é preciso ir aos centros de coleta de garrafas e daí levar para as fabricas do vidro para o reprocessamento (neste caso a entropia do vidro não muda, mas o combustível usado para seu transporte aumentará a entropia do ambiente). 19

5. Na fábrica a garrafa tem que ser triturada para reprocessar, o que aumenta a entropia da garrafa e a entropia do mundo ao alimentar a máquina de trituração com energia. Neste ponto, o processo reinicia, se a gente pensa só no vidro é mesmo um processo cíclico e infinito, mas desde o ponto de vista da entropia, ela cresceu desde o começo.

Figura 20. Geração de entropia no processo de produção de garrafas de vidro. Tomada e adaptada de (Schmitz, 2008)

Então, o processo econômico transforma a energia disponível e os recursos do mundo numa situação de alta entropia mais rapidamente do que os processos naturais e isso pode se traduzir numa formação de resíduos constantes na procura de progresso. Mas, porque é tão grave o fato de gerar entropia e resíduos? Porque podemos imaginar que o mundo pode acabar?

Poluição: Degradação da terra e a qualidade de vida dos seres humanos As sustâncias emitidas como SO2, NOx, metano, são gases resultado da combustão dos combustíveis fósseis, eles não só produzem doenças como danos respiratórios e ao coração, mas também estão causando doenças no planeta. Entre os anos 1948-1952 em Londres, tiveram mais de 4000 mortes por causa de doenças respiratórias e do coração causadas por catástrofes de contaminação, pelo que tiveram lugar leis sobre a contaminação do ar. 20

Em 1980, na Alemanha, a deflorestação causada pela chuva ácida fez que fosse limitada a emissão de SO2 e NOx, depois disso, a redução foi de 2x106 e 1x106 toneladas para 0.3 x 106 e 0.5 x106 toneladas respectivamente, mas as pessoas fazem essas mudanças por conta de possíveis multas e não do amor ao planeta, é o caso dos navios. Infelizmente, Freedom of the sea2, a lei internacional dos oceanos, não tem incluído leis sobre a redução de emissões nos navios que operam o 90% do transporte mundial, os motores diesel, queimam combustível barato e muito sujo e geram o 9% das emissões globais de SO2 e os 29% das emissões de NOx em toda a Europa. Antes da revolução industrial a quantidade de CO2 era de 280 ppm e no ano 2000 já era de 380 ppm, aproximadamente 8.8 x 109 toneladas de carvão foram emitidas globalmente como 32x109 toneladas de CO2. (A oxidação completa de 1 tonelada de carvão resulta em 3.67 toneladas de CO2) (Kümmel, 2011).

Figura 21. A produção de CO2 da queima de carvão, óleo e gás natural aumento exponencialmente desde o início da revolução industrial desde 280 ppm até 380 ppm. Tomado de (United States Department of Energy, 2014).

E qual é o problema desses gases? Bom, esses gases causam o efeito estufa que está produzindo o aquecimento acelerado da superfície da Terra. Nos processos naturais, a terra emite esses gases em menor proporção e é por causa deles que a temperatura da Terra está em 15°C e não nos -18°C, só que de novo, por causa do homem, a produção desses gases é bem maior e a temperatura do planeta está aumentando em maior velocidade. Esses gases absorvem aproximadamente 87% da radiação infravermelha da superfície da Terra e a irradia de volta ao nosso ambiente, o seja evitam a sua saída do planeta (Kümmel, 2011). E o problema real é que a temperatura da Terra pode mudar entre 2 a 3 °C para o ano 2100 e:

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Freedom of the sea: é um princípio do direito internacional e direito do mar. Ele salienta liberdade para navegar pelos oceanos. Ele também desaprova guerra travada em água. A liberdade será violada somente em um acordo internacional necessário. 21

• • • •

•

•

Os cultivos diminuirão, os frutos serão perdidos, a quantidade de terra cultivável per capita diminuirá. Será reduzida a água dos rios e aumentará o nível do mar por causa do derretimento de glaciares que ameaçarão as zonas costeiras. A água potável será escassa. Os ecossistemas saudáveis da Terra só conseguem se adaptar a mudanças no clima de 0.1 °C por década, assim os arrecifes de coral e a chuva amazônica podem colapsar em parte ou em sua totalidade e as florestas morrerão por causa da chuva ácida. Os micróbios, vírus, bactérias, parasitas, eles conseguem se adaptar às mudanças de clima por causa de sua mudança rápida de gerações e então eles sobreviverão e se estenderão pela Terra. Tormentas, inundações, secas, ondas de calor e incêndios florestais ocorrerão, seguido de migrações massivas de refugiados, ameaçando a estabilidade social e a paz.

Entre 1900 e 2000 o aumento na população do mundo foi três vezes maior que na história previa da humanidade, um aumento de 1.5 a 6.1 bilhão em apenas 100 anos. Se uma parte dos povos migra por variações climáticas em zonas densamente povoadas, onde as regiões já não são mais férteis, a tensão internacional pode crescer dum jeito muito perigoso, principalmente em um mundo com armamento nuclear (Kümmel, 2011) (muitos recursos e matérias tem se dado para a guerra, em que 15 bilhões de toneladas são em energia atômica de armamento nuclear no mundo). (Jokhoo., n.d.)).

Figura 22. População no mundo (taxa de crescimento total e anual), 1750-2010 e projeção até 2100. Tomada de (Ortiz-Ospina & Roser, 2016).

Os problemas ambientais são sociais, as pessoas os causam e as pessoas são as vítimas, o aumento na população também causa pobreza, aglomeração, sobrecarga de serviços públicos 22

(Jokhoo., n.d.). Thomas Malthus no ano 1798 disse que o crescimento da população mundial superara o crescimento econômico que será limitado pela terra cultivável e isso conduz a miséria social (Schmitz, 2008). Estamos, então, num universo que se degrada energeticamente, nele, a produtividade não deveria ser medida pela maior quantidade de bens econômicos produzida num determinado período de tempo, mas sim pela maior quantidade produzida com o menor dispêndio energético possível. E, do mesmo modo, criar a ordem que deixe menos desordem. Em nosso sistema, que faz do supérfluo mais essencial que o essencial, a não disponibilidade de energia esvazia completamente a existência. É nesse sentido que Heidegger (1889-1976) comenta a "penúria de nosso tempo", incapaz de dar-se conta de que a verdadeira penúria não é o material, mas a de não considerar como uma ausência, a ausência do Essencial (Sproviero, 2001). Uma leitura pós-moderna da parábola do filho pródigo: o homem toma a sua parte na herança (recursos energéticos e materiais), desperdiça, esgota-a e, ao final, só lhe resta uma salvação "de fora"? (Engel & Reid, 2012; Nussenzveig, 2014; Young, Freedman, & Ford, 2012)

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