LA ENTROPIA Y LA TERMODINAMICA
Summary
TLDREl guion explora los principios fundamentales de la termodinámica, enfocándose en el concepto de entropía y su relación con el tiempo y el universo. Expone cómo la entropía, medida por el calor dividido por la temperatura, aumenta en procesos naturales y cómo esta tendencia a un mayor desorden guía el comportamiento de máquinas y fenómenos físicos. La discusión incluye la transformación del hielo en agua y la noción de equilibrio, así como la idea de que la entropía podría definir la dirección del tiempo y el destino térmico del universo.
Takeaways
- 🔄 La entropía es una magnitud que siempre aumenta y está en el centro de la termodinámica.
- ⚖️ La termodinámica se basa en cuatro principios fundamentales, cada uno con su lógica específica.
- 🌡️ El Principio Cero establece que la temperatura tiene sentido y es fundamental para entender la termodinámica.
- 💡 El Primer Principio es la conservación de la energía, que indica que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
- 🔥 El Segundo Principio es el principio de la entropía, que afirma que en cualquier proceso, la entropía del universo siempre aumenta.
- ❄️ El Tercer Principio dice que hay una temperatura tan baja que nunca se puede alcanzar, conocida como el cero absoluto.
- 🔍 El equilibrio térmico es un estado donde todas las temperaturas son iguales y no hay flujo de calor, lo que detiene el funcionamiento de las máquinas.
- 🌍 La naturaleza siempre tiende hacia el estado de equilibrio, lo que implica que la entropía aumenta continuamente hasta alcanzar un estado de máxima entropía.
- 🚀 El ciclo de Carnot es un modelo ideal que representa la máquina más eficiente posible, respetando las leyes de la termodinámica.
- ⏳ El segundo principio de la termodinámica podría determinar la dirección del tiempo, ya que el tiempo parece avanzar en la dirección en que aumenta la entropía.
Q & A
¿Qué es la entropía y cómo se relaciona con la termodinámica?
-La entropía es una medida de la desorden o la incertidumbre en un sistema. En la termodinámica, es una de las magnitudes fundamentales que miden el grado de desorden de un sistema y está relacionada con el flujo de calor y el trabajo realizado por el sistema.
¿Cuáles son los cuatro principios fundamentales de la termodinámica?
-Los cuatro principios fundamentales de la termodinámica son: el principio de conservación de la energía (primer principio), el principio de la entropía (segundo principio), el principio cero (que establece que la temperatura tiene sentido y se basa en el concepto de temperatura absoluta) y el tercer principio, que establece que existe una temperatura tan baja que nunca se puede alcanzar.
¿Por qué se dice que la termodinámica es 'implacablemente lógica'?
-La termodinámica se considera implacablemente lógica porque sus principios y leyes son universales y aplicables a todos los sistemas físicos, sin excepciones. Su estructura matemática es coherente y permite predecir con precisión el comportamiento de los sistemas bajo estudio.
¿Qué es el 'principio cero' en termodinámica y qué significa?
-El principio cero es una base teórica que establece la existencia de una temperatura fundamental, conocida como temperatura absoluta, a partir de la cual se definen las escalas termométricas. Es importante para el entendimiento de conceptos como la entropía y la temperatura.
¿Cómo se relaciona el principio de la entropía con el destino último del universo?
-El principio de la entropía sugiere que el universo tiende a un estado de mayor desorden y que la entropía total del universo siempre aumenta. Esto ha llevado a la teoría de que el universo eventualmente alcanzará un estado de equilibrio térmico en el que no hay más trabajo mecánico posible, conocido como la muerte térmica del universo.
¿Qué es la 'música de la tiza' y cómo se relaciona con la investigación de las leyes de la termodinámica?
-La 'música de la tiza' es una metáfora utilizada en el guion para describir un lugar donde se realizan investigaciones científicas, posiblemente en un entorno de lujo o exclusividad. La relación con la termodinámica se establece a través de los experimentos y la búsqueda de comprender las leyes fundamentales que rigen el comportamiento de la materia y la energía.
¿Qué es el 'fluido experimental' mencionado en el guion y cómo interactúa con el hielo?
-El 'fluido experimental' es un término genérico utilizado en el guion para referirse a un líquido que se usa en un experimento de termodinámica. En el experimento descrito, el fluido caliente se utiliza para calentar cubos de hielo, lo que provoca una transferencia de calor, pero los cubos de hielo no se derriten inmediatamente, lo que lleva a una controversia científica.
¿Por qué los cubos de hielo no se derriten inmediatamente cuando se exponen al fluido caliente en el experimento?
-Según el guion, los cubos de hielo no se derriten inmediatamente debido a que, aunque reciben calor del fluido, mantienen una temperatura constante de 273 Kelvin (0 grados Celsius) hasta que todo el hielo se ha derretido. Este fenómeno es parte de la controversia científica que se explora en el experimento.
¿Qué es la 'maquinaria de la naturaleza' y cómo está relacionada con el concepto de equilibrio?
-La 'maquinaria de la naturaleza' se refiere a los sistemas físicos que operan en el mundo natural, como corrientes oceánicas, vientos y otros fenómenos. Estos sistemas siempre buscan un estado de equilibrio, donde las diferencias de temperatura disminuyen y, eventualmente, todos los componentes alcanzan la misma temperatura, lo que significa que no hay más trabajo mecánico posible.
¿Cómo se relaciona el concepto de 'energía libre' con la maximización de la entropía del universo?
-La 'energía libre' es la cantidad de energía disponible para realizar trabajo en un sistema. Para maximizar la entropía del universo, es necesario que la energía libre se utilice de la manera más eficiente posible, lo que significa que cada partícula de materia traza su propia parte de energía libre de la manera más pequeña posible, dirigiendo así la materia desde el orden al desorden.
Outlines
🔬 Fundamentos de la Termodinámica
El primer párrafo introduce el concepto de entropía y su importancia dentro de la termodinámica. Se mencionan los cuatro principios fundamentales de esta ciencia, destacando que el segundo principio fue el primero en ser descubierto. La termodinámica se describe como lógica y se vincula con las propiedades de la materia y el destino del universo. Finalmente, se presenta un escenario en el que científicos investigan las leyes de la termodinámica en un lugar llamado Villar la Tiza, utilizando un fluido experimental y hielo en un experimento que genera controversia científica.
🌍 Máquinas de la Naturaleza y el Equilibrio
El segundo párrafo habla sobre la naturaleza como una gran máquina ininterrumpida, impulsada por la energía solar. Se describe cómo el calor y los movimientos de la Tierra, como corrientes oceánicas y vientos, son esenciales para el funcionamiento de diferentes tipos de máquinas. Se enfatiza que el calor siempre se mueve de alta a baja temperatura y cómo esto afecta el rendimiento de máquinas como el motor de combustión interna y las máquinas de vapor. Además, se discute la idea de equilibrio, tanto en el sentido científico como en la vida cotidiana, y cómo el equilibrio térmico parece ser una representación de paz y serenidad, aunque en realidad esconde un movimiento atómico intenso.
🔧 Eficiencia y Teoría de Máquinas
El tercer párrafo explora la idea de eficiencia en las máquinas, comenzando con la contribución de Carnot en la construcción de una máquina de vapor ideal. Se discute cómo la teoría de Carnot fue rescatada y desarrollada por Clausius y Thomson, quienes formularon la ciencia de la termodinámica. Se introduce el concepto de entropía y cómo esta se relaciona con el rendimiento de una máquina, mostrando que en una máquina ideal, la entropía se conserva, mientras que en una máquina real, la entropía aumenta, lo que implica una pérdida de eficiencia.
🌡️ Creación de Entropía y su Impacto
El cuarto párrafo se enfoca en la creación de entropía en el universo y cómo todas las máquinas, incluidas las de la naturaleza, contribuyen a aumentar la entropía total. Se explica que la entropía es una medida de la desorganización y que el flujo de calor siempre está asociado con un aumento de entropía. Se discuten los efectos de la entropía en el funcionamiento de máquinas diseñadas por humanos y cómo el agotamiento de combustible lleva a un estado de equilibrio, que es también un estado de máxima entropía.
🧊 El Misterio del Hielo y la Entropía
El quinto párrafo aborda el fenómeno del hielo y su comportamiento ante el calor, planteando preguntas sobre por qué el hielo se funde sin calentarse y cómo esto se relaciona con el principio de entropía. Se sugiere que la transformación del hielo en agua a una temperatura constante puede ser explicada por el aumento de entropía, y se discute la relación entre la estructura ordenada de los sólidos y la desorganización caótica de los líquidos, y cómo esto afecta la energía potencial y la entropía.
⏳ La Dirección del Tiempo y la Entropía
El sexto y último párrafo reflexiona sobre la dirección del tiempo y cómo la entropía puede influir en ella. Se cuestiona si el aumento de entropía es lo que realmente define la dirección del tiempo y se plantea la idea de que los eventos microscópicos no tienen una dirección temporal, mientras que los macro eventos, como la caída de una pelota, si la tienen. Se sugiere que la entropía podría ser la clave para entender la dirección del tiempo, aunque hay quienes ven el segundo principio de la termodinámica como una tautología en lugar de una explicación definitiva.
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Keywords
💡Entropía
💡Termodinámica
💡Principios de la termodinámica
💡Energía
💡Equilibrio térmico
💡Máquinas
💡Carnot
💡Clausius y Thomson
💡Energía libre
💡Dirección del tiempo
Highlights
La entropía es una magnitud fundamental en la termodinámica, relacionada con el desorden y la distribución de la energía en un sistema.
Los cuatro principios de la termodinámica son fundamentales para entender las propiedades de la materia y el destino del universo.
El principio cero establece que la temperatura es un concepto válido y esencial para la termodinámica.
El principio de la conservación de la energía es el primer axioma descubierto en la termodinámica.
El segundo principio de la termodinámica, también conocido como principio de entropía, describe el aumento del desorden en un sistema.
El tercer principio de la termodinámica establece que existe una temperatura teórica imposible de alcanzar, llamada temperatura absoluta.
La termodinámica es la ciencia más lógica y precisa, con principios que explican fenómenos a gran escala.
La academia de Villar la tiza es un lugar de reunión de personajes influyentes y científicos, donde se investigan las leyes de la termodinámica.
Un experimento con fluidos y hielo ilustra cómo la temperatura y la entropía afectan el comportamiento de la materia.
La fusión del hielo a una temperatura constante sugiere que la entropía del agua está aumentando, lo cual es un estado de mayor entropía que el hielo.
La máquina de hielo del mundo es un ejemplo de cómo la termodinámica afecta los fenómenos naturales, como el clima y la energía solar.
La máquina térmica es un ejemplo de cómo la energía se transforma y se utiliza en la tecnología humana.
El concepto de equilibrio térmico se refleja en la distribución de energía y la falta de movimiento en una máquina o en el universo.
La entropía es un concepto clave para entender la dirección del tiempo y el flujo del calor en el universo.
La muerte térmica del universo es una teoría que sugiere que el universo eventualmente alcanzará un estado de equilibrio y desorden máximo.
El principio de entropía ayuda a explicar el rendimiento de las máquinas y por qué los líquidos se congelan y los sólidos se funden a ciertas temperaturas.
La discusión sobre si la entropía define la dirección del tiempo y si el segundo principio de la termodinámica es una tautología.
Transcripts
mundo de constantes restricciones hay
una magnitud de la que quedan
existencias en abundancia es la
entropía la ciencia de la
termodinámica se basa en cuatro
postulados fundamentales o axiomas
llamados los cuatro principios de la
termodinámica
cuatro principios el segundo fue el
primero que se descubrió el primero fue
el segundo en descubrirse el tercer
principio que se descubrió se llama
principio cero y el cuarto se llama
tercer principio pero todo eso tiene
perfecto sentido porque la termodinámica
es la más implacablemente lógica de
todas las ciencias les diré brevemente
lo que son esos cuatro
principios el principio cero dice
precisamente que la temperatura tiene
sentido
el primero es la conservación de la
energía el segundo principio es el
principio de la
entropía y el tercer principio dice que
hay una temperatura tan baja que nunca
se puede
alcanzar a partir de esos cuatro
principios se han deducido no solo las
propiedades de la materia sino el
destino último del propio universo pero
si queremos llegar a alguna parte Será
mejor que
empecemos la academia de Villar la tiza
es un oculto santuario de la suerte
donde tras el brillo chillón de las
luces se reúnen famosos del deporte
elegantes de la alta sociedad y magnates
de la industria con un interés
común uno podría preguntarse Cómo se las
han arreglado esos caballeros para que
sus nombres salg en los periódicos y no
digamos en las revistas
especializadas un observador casual
podría
preguntarse Qué hacen unos chicos Como
esos en un lugar como
este pero para los que están en el
secreto su objetivo Es evidente
investigan las leyes de la
[Música]
termodinámica pero por en la tiza en
parte ciertamente es por su ambiente es
el como grito en elegancia desenfadada
no se necesita más explicación pero
sobre todo es por el material de que
dispone en especial el llamado
instrumento que en interés de la ciencia
parece que siempre se tiene a mano en la
tiza incluso ahora mismo dos
distinguidos científicos sostienen sus
cubetas en las
[Música]
manos debido a la naturaleza de este
experimento se aconseja no sea visto y
menos aún practicado sin el
consentimiento de los padres
sostenida con gran cuidado cada cubeta
contiene un poco de fluido experimental
que por desgracia crea
dependencia sin embargo antes de que las
cosas comiencen a salirse de madre el
fluido fue vertido en las cubetas a una
temperatura de
295 gr
Kelvin y después se añadieron con
precisión científica varios cubos
geométricos de h2
cristalizado la temperatura inicial de
cristales era de 273 gr
[Música]
Kelvin con el tiempo el calor del fluido
caliente pasa a los cubos pero el hielo
por el contrario no se
calienta los cubos no se derriten
inmediatamente lo cual suscita una
controversia científica que naturalmente
hace que sean necesarias más
[Música]
pruebas en un total de experimentos
Ninguno de los científicos de la tiza
pudo encontrar un solo caso de un cubo
de hielo
Caliente pero por otra parte sí
encontraron una mezcla diluida de las
cualidades del fluido experimental el
hielo manteniéndose a una temperatura
constante de 273 gr Kelvin se funde agua
líquida a medida que el calor penetra en
[Música]
él Cómo se explica este extraño
comportamiento en la tiza o para el caso
parte del
mundo al fin y al cabo el hielo se funde
por supuesto pero mientras se mantiene
en estado sólido Por qué no se
calienta En todo caso al final tanto el
hielo como el fluido experimental y de
hecho todas las cosas terminan por
alcanzar un estado de
[Música]
equilibrio en alguna parte al menos en
teoría existe un estado celestial
llamado equilibrio
mundo real el equilibrio es muy difícil
de
hallar En una isla de la Polinesia el
planeta se agrieta y el Fuego líquido
burbujea desde su
interior y en el centro polar del océano
Ártico la original máquina de hielo del
mundo está trabajando día y
noche en el profundo y oscuro corazón de
la zona ecuatorial el sol abrasa una
Sabana con implacable regularidad y a
muy poca distancia un líquido mueve con
estruendo por entre las rocas hacia
abajo ciertamente desde el principio a
través de ella y hasta sus confines la
propia tierra es una gran máquina una
fábrica que nunca deja de funcionar que
nunca hace una pausa ni se pone en
huelga la máquina de la naturaleza una
central impulsada sin interrupción por
la energía ilimitada del sol
[Música]
tanto los vientos alicios de los grandes
océanos como los motores diésel de los
grandes barcos que lo surcan todas las
máquinas funcionan porque el calor en
movimiento puede poner en movimiento a
la
[Risas]
[Música]
materia durante varios siglos la máquina
térmica se ha extendido a lo largo y a
lo ancho del mundo pero tanto en el
pasado como en el presente el calor solo
se mueve en una dirección desde la
temperatura alta hacia la temperatura
trabaja la existencia de cualquier
máquina en la tierra incluyendo la
propia tierra depende de que una de sus
partes esté funcionando a una
temperatura más alta que la
otra en la máquina de la naturaleza por
ejemplo fuertes corrientes son
impulsadas a través de la atmósfera de
la tierra a causa de la diferencia entre
la temperatura del Ecuador y la
temperatura de los polos
desde un polo a otro Polo y desde una
máquina a otra máquina el principio es
siempre el mismo en este vehículo es la
diferencia entre la temperatura de la
mezcla de gasolina y aire explotando en
los cilindros y la temperatura del agua
circulando por un sistema de
refrigeración las máquinas de vapor
operan entre la temperatura alta del
fogón y la temperatura baja de la
atmósfera cuanto mayor sea la diferencia
de temperaturas Cuanto más caliente esté
una parte de la máquina y más fría la
otra mejor
funcionan Si deja de fluir combustible y
la parte más caliente de la máquina se
enfría esta se para evidentemente eso
puede causar
dificultades si todas las partes de la
máquina alcanzan la misma temperatura si
cesa todo movimiento y deja de haber
vitalidad la máquina alcanza su estado
final el estado de equilibrio
desde una perspectiva científica Cuál es
el aspecto
general en este cálculo de dinámica
molecular cada par de átomos han sido
programados para que actúen entre sí con
una auténtica fuerza
interatómica Entonces qué es lo que
sucede realmente cuando un cuerpo
caliente entra en contacto con uno
frío la energía térmica se propaga desde
el cuerpo caliente al frío Hasta que
ambos alcancen la misma temperatura
[Música]
Este es el estado de equilibrio
térmico a primera vista el equilibrio
térmico parece diferente de la idea
mecánica de equilibrio estable que
impide que un cuerpo
caiga pero veámoslo más en
detalle cuando un cuerpo que cae choca
con el suelo cada rebote es menor que el
anterior y por es
así es así porque la energía ciné cuerpo
como un todo se va transformando en el
caótico movimiento de los átomos que Lo
componen ese proceso es muy similar al
del calor que se propaga un cuerpo
frío el resultado final es el
mismo con el tiempo toda la energía
disponible se llega a distribuir como
energía cinética y potencial de los
movimientos aleatorios de todos los
átomos por lo tanto Aunque la idea de
equilibrio parece lo definitivo en paz y
serenidad esa perspectiva oculta el
agitado movimiento de los átomos en el
interior Así que entender el equilibrio
es cuestión de perspectiva de mirar más
dentro y más
[Música]
allá como el equilibrio es un estado en
el que todas las temperaturas son
iguales el equilibrio es un lugar donde
ninguna máquina funciona no hay quiseres
lanzando sus chorros ni volcanes en
erupción ni cataratas de
agua las grandes máquinas no quieren
funcionar y las pequeñas no
pueden en todas partes la naturaleza
parece impulsada hacia el estado de
equilibrio cuerpos calientes y cuerpos
fríos luchando por conseguir la misma
temperatura y cuerpos que caen
convirtiendo un trabajo muy bueno en
calor
inútil desde el punto de vista de los
físicos cuando la naturaleza tiende a
comportarse de una forma tan universal
debe haber una explicación
científica y la
hay la explicación comenzó como una idea
naturalmente una idea para la
construcción de una máquina de vapor
mejor hubo un joven llamado carn cuya
lógica fue capaz de demostrar que para
una fuente de trabajo competente ninguna
tan eficiente como una que Sencillamente
no funcione
las ideas más grandes de Sad carnot
nunca funcionaron y en el mundo real
probablemente nunca funcionarán no
obstante él Había decidido crear una
máquina tan perfecta como la naturaleza
lo permitiera y la lógica para llegar
muy cerca de
ella dada una diferencia de temperaturas
una temperatura alta t subi y una
temperatura baja t sub Carna diseñó una
perfecta abstracción
[Música]
de carno toma calor q subi a la
temperatura alta convierte una parte del
trabajo W y expulsa el resto q sub como
calor a la temperatura más
baja como el ciclo de carnot podía
funcionar Igualmente en sentido inverso
era la imagen de la máquina ideal la
máquina más eficiente que posiblemente
las leyes de la naturaleza podían
permitir pero con la temprana muerte de
carnot sus ideas prácticamente
desconocidas desde el principio parecían
destinadas a quedar en el
olvido y seguramente ese hubiera sido su
final si dos grandes científicos no se
hubieran interesado por la teoría de
carnot rudolf clausius físico alemán y
William Thomson profesor de filosofía de
la naturaleza en Glasgow que más tarde
se convertirá en lord Kelvin rescatados
Los manuscritos originales de carnot de
esas mismas páginas nació la ciencia de
la termodinámica
[Música]
en el razonamiento de carnot clausius y
Thomson observaron un hecho asombroso lo
vieron en términos de una simplicidad
matemática
[Música]
sombrosa en la máquina ideal de carnot
El cociente entre el calor tomado y el
calor desperdiciado era igual al
cociente entre las dos temperaturas
absolutas necesarias para el
funcionamiento de la máquina dicho en
otras palabras Este era el ideal que
procedía de la imaginación de carnot lo
que entra sigue siendo lo mismo al
salir pero si no es el calor ni es la
temperatura Qué es el calor dividido por
la temperatura a la que fluye y según
clausius eso es la
entropía en una máquina de carnot una
cierta entropía entra a temperatura alta
realiza su trabajo y la misma cantidad
de entropía sale a temperatura
baja o sea que una máquina ideal no
solamente conserva la energía conserva
también la
entropía O sea que una máquina ideal no
solamente conserva la energía conserva
también la
entropía eso es el
ideal Pero qué pasa en la realidad en el
mundo real Qué sucede realmente con la
máquina jadeante y rechinante
por un lado todas las máquinas conservan
la energía el trabajo es igual a la
diferencia entre el calor que entra y el
calor cedido pero utilizando las mismas
temperaturas la máquina real produce
menos trabajo que la máquina ideal de
carnot realiza menos trabajo y desprende
más calor Así aú cuando la entropía que
entra pueda ser la misma que en la
máquina de carnot la entropía que sale
es
mayor eso es un hecho asombroso
[Música]
la entropía que sale de una máquina real
Es mayor que la entropía que
entra podría eso significar que la
máquina real crea entropía de la nada en
realidad
sí Y eso es porque en las máquinas
reales el calor que fluye no es
isotérmico los movimientos del émbolo no
son adiabáticos hay siempre rozamiento
entre las partes
independientemente de lo que pueda ser
su producto final todas las máquinas
reales fabrican
entropía independientemente de las
condiciones del lugar de trabajo las
existencias de entropía crecen siempre e
independientemente del lugar de trabajo
los seres humanos no poseen la patente
de fabricación de la
entropía Día tras día las máquinas de la
madre naturaleza van fabricando entropía
y nadie sobre la Tierra puede competir
con ellas
cada cuerpo material en cualquier lugar
del universo contiene
entropía Y aunque no siempre es fácil
decir Cuánta entropía contiene no es
demasiado difícil determinar cuá circula
entropía de un cuerpo a
otro si el calor sale de un cuerpo a la
temperatura t la entropía del cuerpo
disminuye en q
t si el calor entra a la temperatura T
del cuerpo Se incrementa en esa
cantidad cuando a través del Cosmos
fluye calor fluye entropía con
él todas las máquinas extraen calor de
alguna parte del sol quizás o de la
Caldera de un barco utilizan parte de él
para hacer su trabajo y después liberan
el resto no tiene demasiada importancia
a dónde va ese resto no en el gran
esquema de las cosas va a la atmósfera
al mar o a cualquier lugar que esté frío
y que sea lo suficientemente grande como
para no verse afectado por esa
aportación de calor las máquinas
diseñadas por el hombre funcionan de una
forma muy similar a las que la madre
naturaleza
prepara mientras el calor fluya desde
una temperatura alta a otra más baja las
cosas marchan sobre ruedas y mientras
haya combustible carbón petróleo madera
o cualquier cosa que sirva seguirán
marchando pero si se acaba el
combustible deja de haber flujo de
el cuerpo se enfría su temperatura baja
poco a poco y cuando llega a la misma
temperatura del medio que le rodea está
en un estado de
equilibrio siempre que circule el calor
y un cuerpo caliente esté más caliente
que el cuerpo frío aumentará la entropía
y continuará aumentando hasta que no
pueda suceder otra cosa hasta el estado
de
equilibrio Cuando esto ocurre la
entropía no crece
más Dicho de otro modo el estado de
equilibrio es el estado de máxima
entropía todos los procesos de la
naturaleza se pueden ver siempre por
todo el universo como una constante
marcha para aumentar la entropía Y
aunque esos hechos hayan sido
comprobados en la mayoría de los
circuitos científicos algunos
investigadores no cesarán en su empeño
quizás sea porque hay un hecho que
todavía deja perplejos a los los más
curiosos Aunque el hielo se funde cuando
recibe calor procedente del fluido
experimental no se calienta mientras
algo de él quede en estado
sólido Por qué un flujo de calor produce
la transformación del hielo en agua a
una temperatura constante Por
consiguiente mientras el hielo se esté
transformando en agua la entropía del
agua está
aumentando y así el agua es un estado de
más alta entropía que el hielo en
realidad cualquier sólido es un estado
de más baja entropía que el de la misma
materia en forma
líquida el líquido es un estado de la
materia más caótico y desordenado que el
sólido tiene mayor
entropía en la tierra y en el mar o en
el mar y en la tierra o en cualquier
lugar del universo entropía creciente
significa tosquedad y desorden creciente
el propio hielo un sólido cristalino es
un estado de la materia en el que las
moléculas existen en una estructura
proporcionada geométricamente
simétrica en un sólido cuando los átomos
se agrupan en la configuración más
favorable las moléculas se organizan de
modo que reduzcan al mínimo su energía
potencial el agua presenta un cuadro
diferente recuerden las moléculas de
líquido son caóticas desordenadas
dispersas y
desorganizadas evidentemente las
moléculas
no minimizan su energía potencial como
lo hacen las de los sólidos y así los
líquidos no solo tienen más entropía que
los sólidos También tienen una energía
potencial mayor y por tanto más energía
total fundir o no fundir Esa es la
cuestión si la dinámica no está
completamente Clara como un cristal en
este caso como un cristal de hielo
consideros desde el punto de vista del
cubo de hielo
se funde se convierte en agua un estado
de mayor entropía y eso está bien porque
a la naturaleza le gusta precisamente
que aumente la entropía pero un momento
antes de fundirse antes de transformarse
en agua el hielo debe también aumentar
su energía Por lo cual requiere extraer
energía del resto del universo pero si
esa energía calorífica fluye desde el
mundo hacia el hielo se reducirá la
entropía del resto del
universo Y eso no está bien
es muy
malo la entropía del resto del mundo
disminuye en la cantidad energía que
fluye dividida por la
temperatura Recuerden que la naturaleza
siempre necesita aumentar la entropía en
este caso la entropía del hielo más la
del resto del
universo si la temperatura fuera muy
baja sería ciertamente muy malo
el hielo produciría un gran descenso en
la entropía de todo el
universo y si la temperatura fuera muy
alta no sería tan malo la entropía del
conjunto aumentaría cuando se funde el
hielo eso es por lo que en el gran
esquema de las cosas el hielo nunca se
derrite a temperatura
baja y el hielo nunca existe a
temperatura más
alta Mientras tanto de vuelta a la tiza
por no hablar del universo en su
conjunto hay en alguna parte una
temperatura intermedia que no favorece
al hielo ni al
agua es la única temperatura a la que el
hielo y el agua pueden coexistir eso
explica Por qué esas cubetas científicas
no se calentarán hasta que todo el hielo
se haya derretido así en el lenguaje
científico de la tiza la magnitud que la
naturaleza se esfuerza por maximizar no
es solamente la entropía del
hielo a una determinada temperatura es
la entropía menos la energía dividida
por la temperatura del
hielo a medida que la energía de
cualquier muestra menos la temperatura
multiplicada por la entropía disminuye
la entropía de todo el universo aumenta
e men t por s es la energía
libre aunque no hay algo así como comida
libre si hay una gran cantidad de
energía libre cada partícula de materia
en el mundo hace que que su propia parte
de energía libre sea lo más pequeña
posible eso es lo que se requiere para
maximizar la entropía del
universo de modo que tanto dentro de los
confines de una cubeta científica como
por todo el universo la ley del
crecimiento de entropía dirige a la
materia desde el orden al
desorden durante algún tiempo se ha
pensado que la entropía creciente en el
universo conduciría al propio universo a
un estado definitivo de desorden Y a eso
le llaman la muerte térmica del universo
no parece un buen Porvenir es una noción
provocadora al menos peligrosa y queda
aún la cuestión hundirá toda esta
entropía creciente al universo en un
estado de Caos total si es así no sería
la primera vez que se descubre el
destino del universo en un vaso de
Whisky con hielo
y así el principio de entropía nos ayuda
a comprender el rendimiento de las
máquinas de vapor y además Por qué los
líquidos se congelan a una cierta
temperatura y los sólidos se funden a
una cierta
temperatura pero hay alguna gente que
creen que tiene un significado más
profundo y piensan que el principio de
la entropía define la dirección del
flujo del
tiempo voy a explicar
supongamos posible ver un choque entre
dos átomos un átomo podría venir así y
salir por aquí y el otro átomo tras
chocar con él sale en esta
dirección bien si vieran una película de
esta colisión no serían capaces de decir
si la película se ha proyectado hacia
delante o hacia atrás porque a nivel
microscópico la ley de la entropía no se
aplica las leyes de la física funcionan
Igualmente en un sentido o en el inverso
según las leyes de la física a este
nivel el tiempo no tiene una dirección
determinada pero en lugar de eso
supongamos que ven a alguien dejar caer
una pelota desde una
torre viendo una película de esto
ustedes dirían inmediatamente si se
estaba proyectando hacia delante o hacia
atrás cuando va hacia delante los botes
de la pelota se van haciendo cada vez
más pequeños si vieran que se hacen cada
vez mayores sabrían inmediatamente que
la película iba hacia atrás bien pues lo
que ocurre en ese caso es que la energía
de la pelota se va convirtiendo en calor
y eso aumenta la entropía del universo Y
ustedes ya saben sin que nadie se lo
tenga que explicar que la manera
correcta de pasar la película es en la
dirección en que aumenta la entropía Y
eso es lo que determina la dirección del
curso del tiempo y de igual manera hay
quien piensa que el segundo principio de
la termodinámica determina la dirección
del curso del tiempo pero otros dicen
que el segundo principio es una mera
tautología la entropía aumenta con el
tiempo y el tiempo aumenta con la
entropía luego Okay de nuevo yo no
pienso así comprendo perfectamente en
qué dirección corre el tiempo y
naturalmente pienso que el nuestro se ha
acabado así que hasta la próxima vez O
si la entropía disminuye hasta la vez
pasada
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