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Embora seja uma pedra angular da termodinâmica, a entropia continua sendo um dos conceitos mais incômodos para ensinar físicos iniciantes em sala de aula. Como resultado, muitas pessoas simplificam excessivamente o conceito de quantidade de desordem no universo, negligenciando a sua natureza quantitativa subjacente.
Em O professor de física, co-publicado pela AIP Publishing e pela American Association of Physics Teachers, o pesquisador T. Ryan Rogers projetou um modelo portátil para demonstrar o conceito de entropia para os alunos. Usando materiais cotidianos, a abordagem de Rogers permite que os alunos confrontem o tópico com uma nova intuição – uma que visa especificamente a confusão entre entropia e desordem.
“É um enorme obstáculo conceitual”, disse Rogers. “A boa notícia é que descobrimos que é algo que você pode corrigir com relativa facilidade desde o início. A má notícia é que esse mal-entendido é ensinado muito cedo.”
Embora muitas classes optem pela abreviação qualitativa e imperfeita de chamar a entropia de “desordem”, ela é definida matematicamente como o número de maneiras pelas quais a energia pode ser distribuída em um sistema. Tal definição exige apenas que os alunos compreendam como as partículas armazenam energia, formalmente conhecida como “graus de liberdade”.
Para resolver o problema, Rogers desenvolveu um modelo no qual pequenos objetos como dados e botões são colocados em uma caixa, replicando um sistema termodinâmico simples. Algumas partículas na caixa densamente preenchida são compactadas no lugar, o que significa que têm menos graus de liberdade, levando a um sistema geral de baixa entropia.
À medida que os alunos agitam a caixa, eles introduzem energia no sistema, o que libera as partículas presas. Isso aumenta o número geral de maneiras pelas quais a energia pode ser distribuída dentro da caixa.
“Você essencialmente amplia a entropia para que os alunos possam dizer: ‘Aha! Foi aí que vi o aumento da entropia’”, disse Rogers.
À medida que os alunos agitam ainda mais, as partículas se acomodam em uma configuração que distribui a energia de maneira mais uniforme entre elas. O problema: neste ponto de alta entropia, as partículas caem em um alinhamento ordenado.
“Mesmo que pareça mais ordenado orientacionalmente, na verdade há uma entropia mais alta”, disse Rogers.
Todos os alunos que participaram da aula conseguiram raciocinar para a definição correta de entropia após o experimento.
Em seguida, Rogers planeja ampliar o alcance do modelo iniciando uma conversa sobre entropia com outros educadores e criando um guia de atividades mais amplo sobre maneiras de usar os kits do jardim de infância até a faculdade. Ele espera que o seu trabalho inspire outras pessoas a esclarecer a distinção nas suas salas de aula, mesmo que por meios DIY.
“Os biscoitos de uva e Cheez-It também são muito eficazes”, disse Rogers.
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