Segunda ley de la termodinámica y entropía | Energía y enzimas | Biología | Khan Academy en Español

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15 Nov 201510:07

Summary

TLDREste video explica de manera profunda y accesible la segunda ley de la termodinámica, centrada en el aumento constante de la entropía en el universo. Se describe cómo la entropía refleja el desorden y la cantidad de estados posibles en un sistema, utilizando ejemplos como la difusión de partículas de gas en un recipiente cerrado y la interacción de moléculas en situaciones cotidianas. A lo largo del video, se resalta la inevitabilidad de los procesos irreversibles, destacando cómo incluso las interacciones más simples, como el movimiento o la generación de calor, contribuyen al aumento de la entropía universal.

Takeaways

🌌 La entropía del universo siempre aumenta, lo que indica un aumento continuo en el desorden del sistema.
🔭 Las imágenes del telescopio Hubble muestran galaxias, no estrellas, subrayando la vastedad y complejidad del universo.
⚖️ El universo es un sistema cerrado, lo que significa que no interactúa termodinámicamente con su entorno.
🔥 Un sistema abierto, como una fogata, puede intercambiar energía con su entorno, a diferencia de un sistema cerrado.
❄️ Un ejemplo de un sistema cerrado en la vida diaria sería una hielera, que intenta aislar el interior del calor exterior, aunque no es perfecto.
💨 La difusión es un buen ejemplo de cómo la entropía aumenta; las partículas de gas tienden a ocupar más espacio con el tiempo.
🔄 Los procesos irreversibles son aquellos en los que la entropía aumenta considerablemente y no se puede volver al estado inicial fácilmente.
🎱 Aunque algunos procesos, como el movimiento de bolas de billar, parecen reversibles, a nivel microscópico generan calor y aumentan la entropía.
🧊 La entropía está relacionada con la cantidad de estados posibles de un sistema. Cuando hay más posibles configuraciones, la entropía es mayor.
🔥 Casi todas las actividades que realizamos, como mover las manos o usar dispositivos electrónicos, generan calor y contribuyen al aumento de la entropía del universo.

Q & A

¿Qué es la entropía según la segunda ley de la termodinámica?
-La entropía es una medida del desorden de un sistema, y la segunda ley de la termodinámica establece que la entropía del universo solo puede aumentar, lo que implica que el desorden en el universo siempre está creciendo.
¿Por qué se considera que el universo es un sistema cerrado?
-El universo se considera un sistema cerrado porque no puede interactuar termodinámicamente con nada fuera de él. No hay otro entorno con el cual pueda intercambiar calor o energía.
¿Qué diferencia existe entre un sistema abierto y un sistema cerrado?
-Un sistema abierto puede intercambiar energía y materia con su entorno, mientras que un sistema cerrado no puede hacerlo. Un ejemplo de sistema abierto es una fogata que interactúa con el aire a su alrededor, y un ejemplo aproximado de sistema cerrado es una hielera que intenta aislarse del calor externo.
¿Qué sucede con las partículas de gas en un sistema cerrado con el paso del tiempo?
-Con el tiempo, las partículas de gas se dispersan por todo el recipiente, ocupando más espacio y aumentando el número de estados posibles, lo que incrementa la entropía.
¿Por qué es poco probable que las moléculas vuelvan a un estado de menor entropía?
-Es extremadamente improbable que las moléculas colisionen de manera precisa para volver a un estado más ordenado, debido al gran número de moléculas involucradas y la enorme cantidad de interacciones que ocurren en el sistema.
¿Qué significa que un proceso sea irreversible en términos de entropía?
-Un proceso irreversible es aquel en el que la entropía aumenta de manera significativa y no puede revertirse de manera natural. Un ejemplo de esto es la difusión de gas en un contenedor.
¿Por qué algunos procesos se consideran aproximadamente reversibles?
-Algunos procesos, como el choque de bolas de billar, se consideran aproximadamente reversibles a nivel macroscópico porque parecen poder revertirse. Sin embargo, a nivel microscópico, siempre hay un aumento en la entropía debido a la generación de calor y la fricción.
¿Qué ejemplo da el video para explicar la irreversibilidad de la entropía?
-El ejemplo de la difusión de partículas de gas en un contenedor es utilizado para ilustrar cómo, con el tiempo, las partículas se dispersan, aumentando la entropía, y es muy improbable que vuelvan a concentrarse en una pequeña área.
¿Cómo afecta la generación de calor a la entropía del universo?
-Cualquier actividad que genere calor, como los movimientos del cuerpo, la fricción o el uso de aparatos electrónicos, contribuye a aumentar la entropía del universo al liberar energía y aumentar el número de estados posibles.
¿Qué significa que la entropía del universo esté en constante aumento?
-Significa que el desorden y el número de estados posibles en el universo están siempre creciendo, debido a las interacciones continuas y a la dispersión de energía, lo que hace que el universo esté en un proceso irreversible de mayor entropía.

Outlines

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🌌 La entropía del universo y los sistemas cerrados

El párrafo introduce la segunda ley de la termodinámica, afirmando que la entropía del universo siempre aumenta. Se destaca la importancia de esta afirmación con la imagen de galaxias capturadas por el telescopio Hubble. Se define la entropía como el nivel de desorden en un sistema y se explica cómo en un sistema cerrado, como el universo, la entropía no puede disminuir ya que no hay interacción termodinámica con algo externo. El texto también menciona la diferencia entre sistemas abiertos y cerrados, usando ejemplos como una fogata (sistema abierto) y una hielera (un intento de sistema cerrado).

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🔄 Procesos irreversibles y aumento de la entropía

Se explica cómo los sistemas tienden a la irreversibilidad con el aumento de la entropía. Usando el ejemplo de un contenedor con gas ideal, se describe cómo las moléculas se difunden, aumentando los posibles estados del sistema, lo que lleva a una mayor entropía. Aunque es teóricamente posible que las moléculas se reúnan en un solo rincón del contenedor, la probabilidad de que eso ocurra es extremadamente baja, especialmente considerando la cantidad de moléculas en un sistema real. Finalmente, se resalta cómo incluso los procesos que parecen reversibles, como el movimiento de bolas de billar, generan entropía debido a la fricción y la generación de calor.

Mindmap

Keywords

💡Segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema cerrado solo puede aumentar o mantenerse constante, nunca disminuir. En el video, se menciona que esta ley implica que el desorden en el universo siempre está en aumento, lo que es una idea fundamental y profunda en la física. Es crucial para entender cómo los sistemas tienden a evolucionar hacia estados más desordenados.

💡Entropía

La entropía es una medida del desorden o la cantidad de posibles estados de un sistema. El video la define como el número de configuraciones que un sistema puede adoptar, y se utiliza para explicar por qué los sistemas tienden a evolucionar hacia estados de mayor desorden. Un ejemplo claro es cómo las partículas de gas dentro de un contenedor tienden a difundirse, ocupando más espacio con el tiempo, lo que aumenta la entropía.

💡Sistema cerrado

Un sistema cerrado es aquel que no intercambia materia ni energía con su entorno. En el video se menciona que el único sistema cerrado perfecto es el universo, ya que no tiene nada con lo que interactuar fuera de él. Se utiliza el ejemplo de una hielera para ilustrar un sistema cerrado aproximado, aunque imperfecto, que limita el intercambio de calor con el exterior.

💡Sistema abierto

Un sistema abierto es aquel que intercambia energía y/o materia con su entorno. En el video, se usa el ejemplo de una fogata, que libera calor y luz al ambiente, interactuando con su entorno. Este concepto se utiliza para contrastar con los sistemas cerrados y ayudar a comprender mejor el comportamiento del universo.

💡Proceso irreversible

Un proceso irreversible es aquel en el que el sistema no puede regresar a su estado inicial. En el video se explica que la difusión de partículas de gas en un contenedor es un ejemplo de un proceso irreversible, ya que es extremadamente improbable que las partículas se reúnan espontáneamente en un solo lugar. Esto refleja cómo la entropía siempre aumenta en tales procesos.

💡Proceso reversible

Un proceso reversible es un proceso ideal en el que un sistema puede volver a su estado original sin ningún cambio neto en el entorno. En el video se menciona el ejemplo de bolas de billar chocando, que parece un proceso reversible a nivel macroscópico, pero que en realidad genera calor y aumenta la entropía a nivel microscópico. Esto ilustra la diferencia entre lo que parece ser reversible y lo que realmente es.

💡Difusión

La difusión es el proceso por el cual las partículas se mueven desde una región de alta concentración a una de baja concentración, ocupando más espacio con el tiempo. En el video, este concepto se utiliza para explicar cómo las partículas de gas en un contenedor se dispersan y llenan el volumen disponible, lo que aumenta la entropía. Es un claro ejemplo de un proceso irreversible.

💡Calor

El calor es una forma de energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura. En el video se menciona cómo cualquier acción, como mover una mano o el funcionamiento de una computadora, genera calor que se disipa en el universo, contribuyendo al aumento de la entropía global. El calor es un factor clave en los procesos termodinámicos.

💡Estados posibles

Los estados posibles se refieren a las diferentes configuraciones o posiciones que un sistema puede adoptar. En el video, se explica que cuando un sistema tiene más entropía, hay un mayor número de estados posibles que puede asumir. Un ejemplo es el gas en un contenedor, que puede distribuirse de muchas maneras diferentes, lo que aumenta el número de estados posibles y, por lo tanto, la entropía.

💡Universo

En el video, el universo se presenta como el único sistema cerrado perfecto, ya que no interactúa con nada más fuera de él. Se discute cómo la entropía del universo solo puede aumentar, lo que significa que el desorden general del cosmos está siempre en expansión. Este concepto es fundamental para entender el destino a largo plazo del universo desde una perspectiva termodinámica.

Highlights

La entropía del universo solo aumenta, una afirmación profunda y crucial.

La entropía se define como el nivel de desorden de un sistema.

El universo es un sistema cerrado, que no interactúa con nada fuera de él.

La fogata es un ejemplo de sistema abierto que interactúa con su entorno liberando calor y luz.

Una hielera es una aproximación de un sistema cerrado, pero no es perfecta debido al intercambio de calor.

Un verdadero sistema cerrado sería el universo, donde no hay interacciones externas.

La difusión de partículas en un sistema cerrado muestra cómo la entropía aumenta al ocupar más espacio.

A mayor número de estados posibles en un sistema, mayor es la entropía.

Procesos irreversibles aumentan la entropía, como la difusión de gas en un contenedor.

La probabilidad de que un sistema vuelva a su estado original es extremadamente baja debido a la cantidad de moléculas involucradas.

El ejemplo de las bolas de billar parece reversible a nivel macroscópico, pero a nivel microscópico siempre aumenta la entropía.

Incluso en sistemas que parecen reversibles, la fricción y el calor contribuyen al aumento de entropía.

La entropía aumenta continuamente con cada interacción en el universo, generando más desorden.

El calor generado por el cuerpo, las computadoras y otros procesos cotidianos contribuye al aumento de entropía.

La difusión de calor y el aumento en el número de estados moleculares es un proceso inevitable en el universo.