Segunda ley de la termodinámica y entropía | Energía y enzimas | Biología | Khan Academy en Español
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
🌌 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).
🔄 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
💡Entropía
💡Sistema cerrado
💡Sistema abierto
💡Proceso irreversible
💡Proceso reversible
💡Difusión
💡Calor
💡Estados posibles
💡Universo
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.
Transcripts
la segunda ley de la termodinámica una
de sus premisas Es que la entropía del
universo solo aumenta y lo puse entre
signos de exclamación porque me parece
que es una afirmación muy profunda y en
muchos niveles lo es y solo para que
entremos en la misma línea de
pensamiento tengo aquí esta imagen del
cielo nocturno tomada por el telescopio
hubble y cada uno de estos puntos Estos
no son estrellas Estos son galaxias
estos una galaxia esto es otra galaxia
esto es otra galaxia y vamos a pensar en
lo que esto nos está diciendo en
realidad la entropía del universo solo
aumenta a la entropía la podemos definir
como el nivel de desorden de un sistema
y realmente estamos hablando del número
de estados que un sistema podría asumir
en este caso estamos hablando del
universo pero también podríamos decir
que la entropía de un sistema cerrado
solo aumenta
el universo es un sistema que está
totalmente contenido que no está
interactuando con su entorno porque el
universo es el sistema cerrado final no
hay nada con lo que pueda interactuar
termodinámicamente fuera de él y voy a
hacer un repaso rápido de los sistemas
abiertos y cerrados solo para
asegurarnos de que entendemos bien este
concepto Así que si tuviera una fogata
tengo aquí algo de madera y tenemos
fuego justo
así Esta es nuestra fogata si solamente
me fijara en Los troncos y el fuego Esto
va a ser un sistema abierto porque
claramente está interactuando
termodinámicamente con su entorno está
liberando calor y está calentando las
moléculas de aire a su alrededor está
liberando luz hacia el universo podría
haber interacciones provenientes del
resto del universo hacia el sistema Por
lo tanto no está aislado del resto del
universo pero un sistema cerrado es
aislado y es muy difícil crear un
sistema realmente cerrado en nuestra
vida cotidiana Pero podemos tener algo
aproximado probablemente uno que ya has
visto antes es una hielera en una
hielera estamos intentando aislar
termodinámicamente el interior de la
hielera del exterior del resto del
universo y la forma en que lo hacemos Es
mediante algún tipo de material aislante
tal vez con algo de poliestireno
extruido y podríamos usarla para
almacenar hielo pero no es un sistema
cerrado perfecto porque eventualmente el
calor del resto del universo calentará
las paredes de la hielera y ese calor
será transferido al hielo calentándolo y
podríamos incluso ponerle una tapa para
demostrar que realmente queremos
aislarlo y en los laboratorios de
investigación verás cosas que son mucho
mejores aproximaciones de sistemas
cerrados pero incluso esos sistemas en
algún nivel van a interactuar con el
resto del universo Este es un sistema
cerrado el único sistema cerrado real es
el universo no hay nada con lo que pueda
interactuar termodinámicamente fuera del
mismo vamos a pensar un poco acerca de
esta definición la entropía del universo
solo aumenta por esto nos genera sentido
de manera intuitiva bueno el mejor
ejemplo que puedo pensar para ello es la
difusión vamos a decir que tengo un
contenedor Tengo este contenedor y lo
voy a hacer un recipiente cerrado vamos
a decir que esto es un sistema cerrado
ideal
teórico ahora vamos vamos a decir que
hay gas ideal dentro del contenedor
tenemos algunas moléculas de gas ideal
justo
Aquí tienen una temperatura promedio Y
eso significa que cada una tiene su
propia energía cinética todos están
rebotando de maneras diferentes qué va a
pasar con el tiempo bueno con el tiempo
los de aquí de la izquierda van a
rebotar en esta pared y luego van a ir
en esta
dirección y así con el el tiempo vas a
tener una situación donde el sistema se
va a ver algo así nuestro sistema se va
a ver algo así donde estas seis
partículas se van a difundir por el
contenedor van a ocupar más del espacio
del
contenedor ahora bien qué acaba de
suceder en este proceso Bueno cuando las
partículas estaban contenidas en esta
pequeña sección del recipiente había
menos estados posibles había una
entropía menor que aquí cuando el
contenedor está lleno hay más lugares
posibles y más orientaciones posibles
para las partículas por lo tanto va a
haber más estados hay una Mayor
entropía
Mayor
entropía y en general estos procesos
donde la entropía aumenta los llamamos
procesos irreversibles
[Música]
irreversibles por qué son irreversibles
Bueno hay cierta posibilidad de que
estas moléculas se reunan de nuevo en
este Rincón del contenedor pero es una
probabilidad muy muy baja y esto es
cuando estamos lidiando con seis
moléculas pero en los sistemas reales
estaríamos hablando de mucho más que
seis
moléculas vamos a estar hablando de
millones de millones de millones de
millones de moléculas cifras con entre
20 y 30 ceros de moléculas y así es muy
poco probable que todas ellas choquen de
la manera correcta para comenzar a
ocupar un volumen menor cuando en
realidad podrían llenar el recipiente es
por eso que normalmente no vemos que el
humo por ejemplo tome algún tipo de
forma de manera natural o que ocupe
menos espacio en vez de llenar su
contenedor por lo tanto esto es
Irreversible ya que pasamos de un número
menor de Estados posibles con un volumen
más pequeño a un mayor número de Estados
posibles y el universo está haciendo
esto constantemente es por eso que la
entropía del universo solo está
incrementando hay algunos procesos en
los que se percibe que la entropía no
está aumentando mucho Si tuvieras una
bola de Villar por aquí la hicieras
rodar hacia otra bola de Villar por aquí
y transferir el momento a esta otra bola
nos da la de que se podría revertir es
decir que la otra bola de Villar podría
llegar a esta e irse hacia atrás y a un
nivel Macro se siente como si se tratara
de un proceso reversible y la gente
tiende a llamar esto reversible y da la
apariencia de que la entropía no
incrementa mucho y solo para que quede
claro cuando esta bola está en
movimiento y esta se encuentra estática
ir a un estado en el que esta se mueve y
esta se encuentra estática no parece que
la entropía esté aumentando mucho y es
por eso que tienden a llamar a esto
reversible porque se observa desde un
nivel en que las cosas podrían ir en
reversa esta podría chocar con esta y
luego esta podría ir hacia atrás como si
pudieras rebobinar la película pero
incluso así si lo viéramos a un nivel
microscópico verías que se está
generando algo de calor y que algunas
moléculas en la pelota están entrando en
un estado excitado ya que chocan entre
sí y tienen la fricción con el aire y
ruedan por el suelo y nunca se va a
conseguir que esas moléculas regresen al
estado en que estaban antes en realidad
la entropía sí está aumentando en el
sistema aún cuando en nuestra vida
diaria en termodinámica la gente habla
de procesos reversibles son solo
Aproximadamente reversibles en los que
la entropía solo ha aumentado un poco no
es que no haya aumento en la entropía
en las reacciones irreversibles la
difusión es un ejemplo muy bueno donde
es muy evidente que hay un aumento en la
entropía y se siente que existe una
probabilidad muy baja o casi nula de que
el sistema regrese a donde estaba al
inicio y no es algo que vayamos a
observar porque estamos hablando de
muchas moléculas una cifra con 20 o 30
ceros de moléculas las probabilidades de
que todas ellas se muevan de la manera
correcta son muy bajas podrías esperar
un tiempo muy largo y en realidad nunca
observar que esto
suceda Espero que esto te genere sentido
que el desorden el número de Estados
solo aumenta conforme hay más y más
interacciones y mucho de eso viene del
calor todo lo que estás haciendo en este
momento cuando estoy haciendo este video
mi cuerpo está generando calor ese calor
se disipa en el universo y eso solo se
suma al número de que el universo puede
asumir conforme muevo mis manos y el
lápiz digital que estoy usando está
causando fricción y está liberando calor
al Universo mi computadora está
liberando calor al universo mientras ves
este video estás liberando calor al
universo los electrones que viajan por
el cable hacia tu computadora están
liberando calor al universo y todo eso
está aumentando el número de estados del
universo y si estás pensando a un nivel
molecular aumenta el número de Estados
de todo
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