Question

A segunda lei da termodinâmica diz respeito a variação de uma grandeza chamada entropia em sistemas fechados . Explique qual e a relação da variação da entropia com os processos reversíveis e irreversíveis?

Answer 1

A entropia é uma função de estado na termodinâmica associada a um estado de equilíbrio termodinâmico de um sistema.

A primeira lei da termodinâmica nos dá uma função de estado que corresponde à energia interna de um sistema:

$\boxed{\Delta U=\Delta Q-\Delta W\therefore~dU=d'Q-d'W}$

da mesma forma a segunda lei é uma função de estado correspondente a um estado de equilíbrio termodinâmico:

$\boxed{\Delta S=\frac{\Delta Q}{T}\therefore dS=\frac{d'Q}{T}}$

De forma que um sistema está em equilíbrio quando a entropia é máxima.

Agora analisando, consideraremos dois estados de equilíbrio termodinâmico i e f. Nos movemos de i para f por um caminho reversível, podemos voltar pelo mesmo caminho e a variação de entropia será nula:
$\Delta S_{(R)}=0$
mas se esse processo ocorrer por um caminho irreversível a variação de entropia (pela desigualdade de clausius) será:
$\Delta S_{(I)}\ \textless \ 0$
Se considerarmos que fomos de i para f por um caminho  reversível e retornamos por um irreversível obtemos:
$\displaystyle \Delta S_{R}+(-\Delta S_{I})=\Delta S_R-\Delta S_I=\Delta S_I\ \textless \ \Delta S_R$
ou seja:
$\Delta Q\leq T\Delta S$
tal que para um sistema isolado, o $\Delta Q$ é zero por não haver troca de calor com o meio e consequentemente:
$\Delta S\geq 0$
a entropia em um sistema isolado aumenta quando ocorrem processos irreversíveis e é invariável quando ocorrem processos reversíveis.
A entropia está relacionada à degradação de energia que se perde na forma de calor durante processos térmicos. Por exemplo, ao utilizarmos um motor térmico parte do calor que poderia se transformar em trabalho útil é perdido na forma de calor, esse calor perdido não poderá ser convertido em trabalho novamente. Esse é o princípio de aumento de entropia e degradação de energia. 
Na natureza os processos macroscópicos são irreversíveis, e todos processos naturais ocorrem na direção na qual a entropia do sistema aumenta, por exemplo, o atrito, um bloco de metal é parado pelo atrito de forma que o calor gerado (energia mecânica dissipada pelo atrito) aumenta a entropia do sistema que considerarmos.
Se considerarmos uma vizinhança suficientemente ampla para que o conjunto sistema + vizinhança faça uma aproximação boa de um sistema isolado, de modo que sejam levadas em conta todas variações de entropia, essa vizinhança é chamada de "universo" pela termodinâmica. (não é o mesmo conceito de universo para a cosmologia)

Note que podemos enunciar a primeira e segunda lei como:

Primeira Lei da Termodinâmica: A energia do universo se conserva
Segunda Lei da Termodinâmica: A entropia do universo aumenta e nunca pode decrescer.

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