¿Qué es la entropía?
Summary
TLDREl script explora el concepto de entropía en la física, una idea que a menudo se asocia con el desorden o el caos. Se destaca que la entropía es, en realidad, un contador de estados, y su importancia radica en la comprensión de las probabilidades de diferentes configuraciones. A través de un ejemplo con pelotas de colores en una caja, se ilustra cómo la entropía aumenta con el número de configuraciones posibles. La combinatoria y el triángulo de Pascal se utilizan para explicar por qué los estados de mayor desorden son más probables. Se discute cómo la entropía, definida como el logaritmo del número de configuraciones, fue descubierta por Ludwig Boltzmann y cómo su ley de la entropía establece que en un sistema aislado, el grado de desorden siempre aumenta. Esto tiene implicaciones profundas para la comprensión del universo y la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía siempre crece, lo que nos lleva a una visión del universo como un reloj que avanza desde un estado de orden hacia un estado de caos final. Además, se menciona la triste historia de Boltzmann y cómo su legado ha influido en la física y la comprensión del mundo.
Takeaways
- 🧠 La entropía es un concepto fundamental en física que a menudo se asocia con el desorden o caos.
- 📏 La entropía se define matemáticamente como un contador de estados, es decir, el número de configuraciones posibles de un sistema.
- 🎾 En un experimento con pelotas de colores, la probabilidad de un estado particular depende del número de configuraciones que tiene ese estado.
- 📊 El triángulo de Pascal ilustra cómo los estados con partículas repartidas equitativamente tienen más configuraciones posibles y, por lo tanto, son más probables.
- 🔢 La combinatoria muestra que los estados con partículas distribuidas uniformemente son más probables, lo que se traduce en un mayor grado de desorden.
- 🌌 En un sistema de gas, el número de configuraciones en las que los átomos están distribuidos equitativamente es enormemente mayor que las configuraciones en las que están agrupados, lo que aumenta la probabilidad de desorden.
- ⚗️ Ludwig Boltzmann describió la entropía como el producto de la constante de Boltzmann y el logaritmo del número de configuraciones de un estado, lo que dio inicio a la mecánica estadística.
- 📚 La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía en un sistema aislado siempre aumenta, lo que indica un aumento en el desorden.
- ⏳ La entropía es la única ley física que permite distinguir el pasado del futuro, estableciendo una dirección en el tiempo.
- 🌌 El universo se describe como un reloj que viaja en el tiempo desde un estado de orden hacia un estado de caos final, consumiendo energía y produciendo desorden.
- 🔮 Aunque la entropía generalmente aumenta, el script plantea la cuestión de cómo pueden existir sistemas ordenados en un universo que tiende al desorden.
Q & A
¿Qué es la entropía según el script proporcionado?
-La entropía no es simplemente el desorden o caos, sino un contador de estados. Es una medida de la probabilidad de diferentes configuraciones de un sistema.
¿Cómo se define matemáticamente la entropía en el script?
-Matemáticamente, la entropía se define como el número de configuraciones de un estado elevado a la potencia negativa, es decir, como el logaritmo del número de configuraciones posibles de un sistema.
¿Cómo se ilustra la idea de entropía con las pelotitas de colores en el script?
-Se utiliza un ejemplo de cuatro pelotitas de colores en una caja dividida en dos. Al quitar el separador, las pelotitas se mueven libremente y la entropía se ilustra por la cantidad de configuraciones posibles que pueden existir en ese momento.
¿Qué es el triángulo de Pascal y cómo se relaciona con la entropía?
-El triángulo de Pascal es una herramienta matemática que muestra los coeficientes binomiales y se utiliza para ilustrar cómo la probabilidad de que las partículas se distribuyan equitativamente es más alta, lo que es un concepto clave en la entropía.
¿Cómo se relaciona la entropía con la segunda ley de la termodinámica?
-La segunda ley de la termodinámica establece que en un sistema aislado, la entropía siempre aumenta, lo que significa que el grado de desorden tiende a aumentar con el tiempo.
¿Por qué la entropía es considerada como un contador de configuraciones más que solo un indicador de desorden?
-La entropía es un contador de configuraciones porque mide la cantidad de formas en que los componentes de un sistema pueden estar organizados, y esto no siempre se traduce en desorden; puede ser una distribución equitativa de partículas.
¿Qué significó el trabajo de Ludwig Boltzmann para la física y cómo se relaciona con la entropía?
-Ludwig Boltzmann fue un pionero en el campo de la mecánica estadística y su ley de la entropía fue fundamental para entender fenómenos que no podían ser explicados de otra manera, estableciendo así una conexión entre la física y la teoría de la probabilidad.
¿Cómo se relaciona la entropía con la dirección del tiempo o la idea de 'pasado' y 'futuro'?
-La entropía es la única ley física que permite distinguir entre el pasado y el futuro, ya que indica que el universo tiende a evolucionar hacia estados de mayor desorden, lo que da una dirección a la evolución temporal del universo.
¿Por qué es improbable que en un vaso de agua se forme espontáneamente un cubito de hielo, según el script?
-Es improbable porque la formación de un cubito de hielo representaría un estado más ordenado y de menor entropía, lo cual va en contra de la tendencia natural del universo hacia estados de mayor desorden.
¿Cómo se describe la visión del universo en el script en relación con la entropía?
-El universo se describe como un gran reloj en el que viajamos en el tiempo desde un momento de orden absoluto (el Big Bang) hacia un estado final de caos, consumiendo energía y produciendo desorden.
Outlines
🧠 Entropía y su Concepto en la Física
El primer párrafo introduce el concepto de entropía, a menudo asociado con desorden o caos, pero que realmente es un contador de estados. Se utiliza un ejemplo de pelotas en una caja para ilustrar cómo la probabilidad de un estado particular depende del número de configuraciones que tiene ese estado. La entropía se define matemáticamente como el logaritmo del número de configuraciones posibles, y se vincula con la combinatoria para entender la preferencia natural del universo por el desorden en comparación con el orden. La entropía se describe como una magnitud que aumenta en un sistema aislado, lo que se debe a la probabilidad estadística de que las partículas se distribuyan de manera más equitativa, lo que es más probable que la agrupación en una esquina. Se menciona a Ludwig Boltzmann y su ley de la entropía, que ayudó a explicar fenómenos físicos y dio inicio a la mecánica estadística.
🔄 Segundo Principio y la Flecha del Tiempo
El segundo párrafo profundiza en la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía en un sistema aislado siempre aumenta, lo que implica un aumento en el desorden. Se utiliza el ejemplo de recoger apuntes para ilustrar cómo es más probable que terminen en un estado desordenado que en uno ordenado. Se menciona que no hay leyes físicas que impidan procesos que llevan a un estado más ordenado, como el hielo formando un cubo en el agua, pero que son extremadamente improbables. La entropía es la única ley física que permite distinguir el pasado del futuro, y se describe el universo como un reloj que viaja en el tiempo desde el orden del Big Bang hacia un estado final de caos. Se menciona la vida y la muerte de Boltzmann, y cómo su ley de la entropía cambió la percepción del mundo. Finalmente, se hace una reflexión sobre cómo, a pesar del aumento de la entropía, la vida y la orden pueden existir en el universo.
Mindmap
Keywords
💡Entropía
💡Desorden
💡Estados
💡Probabilidad
💡Combinatoria
💡Triángulo de Pascal
💡Ley de Boltzmann
💡Mecánica Estadística
💡Segunda Ley de la Termodinámica
💡Universo
Highlights
Entropía es un concepto fundamental en la física que generalmente se define como desorden o caos.
La entropía es un contador de estados, una medida de las configuraciones posibles de un sistema.
Se utiliza la combinatoria para generalizar el número de configuraciones de un estado.
El triángulo de Pascal ayuda a visualizar cómo la probabilidad de un estado depende del número de configuraciones.
La entropía aumenta en un sistema aislado, lo que se refleja en la segunda ley de la termodinámica.
Ludwig Boltzmann describió la entropía como el logaritmo del número de configuraciones de un estado.
La naturaleza por probabilidad prefiere el desorden al orden, lo que define la tendencia de la entropía.
La entropía es una magnitud clave en la mecánica estadística y la teoría de la probabilidad.
La entropía siempre aumenta en un sistema aislado, lo que indica una mayor probabilidad de desorden.
La ley de la entropía de Boltzmann fue un avance significativo en la física del siglo XIX.
La entropía es la única ley física que permite distinguir el pasado del futuro.
El universo se ve como un reloj en el que la energía se consume para producir desorden.
La entropía es una medida del grado de desorden y su aumento es inevitable en un sistema aislado.
La pregunta de si existen entidades ordenadas en un universo donde la entropía siempre crece es un misterio.
Ludwig Boltzmann, a pesar de sus contribuciones significativas, enfrentó ataques y mofa por sus ideas.
La entropía y su efecto en el universo y la física estadística cambiarán la forma en que vemos el mundo.
Los libros del autor sobre física son una fuente de aprendizaje accesible para todos los públicos.
La próxima charla del autor en la Universidad de Cantabria sobre materia oscura es un evento esperado por los seguidores.
Transcripts
hola hijos de boltzmann listos para que
les estalle completamente el cerebro hoy
vamos a repasar uno de los conceptos más
escurridizos de la física el de entropía
[Música]
normalmente la gente define la entropía
como desorden o caos y puede servir pero
para entender verdaderamente el sentido
y la importancia de este poderosísimo
concepto es la entropía es muy
importante entender las sutilezas de su
definición vamos con ello en realidad
entro bien no es más que un contador de
estados un contador nada más de hecho
matemáticamente se define cómo y qué
sentido tiene esto pongamos cuatro
pelotas de colores en movimiento en la
mitad de una caja y quitemos el
separador vamos a suponer que las
pelotitas no pierden energía al chocar
con las paredes así que siempre se
encuentran en movimiento
si yo paro esta película en un instante
de probabilidad hay de que las cuatro
pelotitas estén a la izquierda pues toca
hacer matemáticas
teniendo en cuenta que las pelotas se
mueven por todo el espacio la
probabilidad será la probabilidad de que
la pelota amarilla esté a la izquierda
0.5 por la probabilidad de que la roja
esté a la izquierda 0.5 y así con el
resto de pelotas es decir 0,5 a la
cuarta y de que haya 3 a la izquierda y
1 a la derecha pues igualmente será de
0.5 a la cuarta solo que ahora a la
derecha puede estar la pelota amarilla
la roja la azul o la verde así que la
probabilidad total es 4 veces mayor en
general se puede ver que la probabilidad
de un estado en particular depende del
número de configuraciones que tiene ese
estado es decir es un contador de
configuraciones para el estado donde
todas las pelotas están a la izquierda
sólo hay una configuración para el
estado donde hay una pelota a la derecha
hay 4 para el estado donde hay 2 pelotas
a la derecha hay 6 para el de 3 a la
derecha hay de nuevo 4 y para el estado
donde las cuatro pelotitas están a la
derecha hay nuevamente una única
configuración los matemáticos que son
gente muy lista generalizan esto usando
la combinatoria en particular se puede
ver que el número de configuraciones de
un estado se puede escribir como un 4
sobre 0 4 sobre 14 sobre 24 sobre 3 o 4
sobre 4 en general m sobre n que
desarrollamos como n factorial entre n
factorial por m n factorial pueden ver
que los estados donde las partículas
están repartidas 2 y 2 son más probables
porque tienen más configuraciones
posibles simplemente por eso por
combinatoria en general esto se puede
ver más claro con lo que se conoce como
el triángulo de pascal este triángulo
nos da estos coeficientes para un número
n de pelotas y ven que siempre es máximo
cuando las pelotitas están repartidas
equitativamente y esto es algo que se
acentúa más y más cuando aumenta el
número de pelotitas con documenta n por
ejemplo para 200 pelotitas el número de
configuraciones que tienen todas a la
izquierda es una mientras que el número
de configuraciones para el estado donde
están 100 y 100 es de 9 por 10 elevado a
58 ya estamos listos
ser física pongamos una caja donde en su
mitad colocamos un gramo de hidrógeno y
quitamos el separador en este gas hay el
número de avogadro de átomos es decir 10
elevado a 23 muchísimo el número de
configuraciones en las que los átomos
están repartidos equitativamente lo que
llamaríamos desorden es un numero
tremendísima mente grande mientras que
el número de confirmaciones en las que
todos los átomos se encuentran a la
izquierda lo que llamaríamos orden es 1
lo que hace que la probabilidad sea
tremendísima mente baja prácticamente
nula se arrimó la compuerta al gas se
distribuye por todo el volumen y no hay
ninguna fuerza que esté tirando ni
ninguna ley que haga que todos los
átomos se esparza no no no es
simplemente que esta configuración es
más probable he hecho no hay ninguna ley
que impide que todas las partículas se
agrupen en una esquina simplemente es
tan improbable que nunca lo vamos a ver
es el poder de la estadística la
naturaleza simplemente por probabilidad
prefiere el desorden al orden así
definimos la entropía como el producto
de la constante de bozman una constante
universal por el logaritmo de un mega el
número de configuraciones de ese estado
ludwig boltzmann dio con esta ley al
final del siglo 19 cuando todavía no
estaba completamente aceptada la
existencia de los átomos y así podía
describir ciertos fenómenos que de otra
forma no se podían entender le echó el
inicio una nueva rama de la física
íntimamente ligada a la teoría de la
probabilidad es lo que conocemos como la
mecánica estadística y simplemente
definió una nueva magnitud la entropía
que simplemente se define como el
logaritmo del número de configuraciones
de un estado en estas condiciones se
puede ver que en cualquier sistema
aislado la entropía o el grado de
desorden siempre aumenta tomemos mis
apuntes de mecánica estadística y
tiremos los al aire
qué probabilidad hay de que al
recogerlas queden perfectamente en orden
el estado ordenado solo tiene una
configuración aquel en el que cada
página está en su orden mientras que se
puede establecer cientos de miles de
configuraciones en el cual el estado
final está desordenado es más probable
que ocurra entonces es simplemente
entropía de hecho no hay ninguna ley
física que impida que en un vaso de agua
se forme espontáneamente un cubito de
hielo pero nunca lo veremos ocurrir ya
que lleva a un estado más ordenado de
menor entropía lo contrario si es más
natural vemos hielo al derretirse huevo
romperse hojas arder la entropía mueve
el mundo la segunda ley de la entropía
en la que nos dice que en un sistema
aislado la entropía siempre crece nos
recuerda que siempre es más fácil
deshacer que hacer olvidar que recordar
destruir que construir de hecho es la
única ley física que permite distinguir
el pasado del futuro las flechas del
tiempo así vemos hoy el universo como un
gran reloj en el que viajamos en el
tiempo desde un momento de orden
absoluto el 'big bang' consumiendo
energía para producir desorden hasta que
el universo sumido en el caos final
expide su último aliento
el padre era entropía uno de los mejores
físicos de la historia se ahorcó a los
60 años de edad los continuos ataques a
sus ideas la mofa de sus compañeros sus
continuas peleas agudizaron su estado de
depresión en su tumba se puede leer su
mayor aportación la forma con la que voz
man cambió el mundo su ley de la
entropía seguro que desde hoy van a ver
el mundo con otros ojos los ojos de luz
batman y yo tengo una pregunta para
usted es si en el universo siempre crece
la entropía generando un estado de mayor
desorden cómo es que puedan existir ser
están ordenados como nosotros me despido
recordándoles que pueden adquirir mis
dos libros del bosón de higgs no te va a
ser la cama e inteligencia física a
través de amazon en cualquier parte del
mundo dos libros para aprender de física
de forma sencilla para todos los
públicos que pueden ver el martes día 31
en cantabria en la universidad hablando
de materia oscura y que le dé mucho al
coco porque quién sabe si algunos de los
seguidores de date un voltio date un
blog sea algún día el futuro albert
eisntein nos vemos el próximo vídeo
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