Por qué el calor aumenta la entropía | Energía y enzimas | Biología | Khan Academy en Español
Summary
TLDREste video explica la segunda ley de la termodinámica, enfocándose en cómo la entropía del universo siempre aumenta. El presentador utiliza ejemplos cotidianos, como el calor generado por el cuerpo humano, para ilustrar cómo el calor incrementa el desorden del sistema. A través de una visualización de moléculas rebotando, se demuestra que el calor, al transferir energía térmica, permite que las partículas adopten más estados posibles, lo que aumenta la entropía. También se discute cómo el calor puede ser aprovechado para hacer trabajo, aunque no de manera completamente eficiente.
Takeaways
- 🔄 La entropía del universo está en constante aumento y no va a disminuir.
- 🌡️ El calor es una transferencia de energía térmica y contribuye al aumento de la entropía.
- 💥 Al aplicar calor a un sistema, la temperatura sube y las partículas aumentan su energía cinética.
- 📈 El estado de un sistema no solo se determina por la posición de las partículas, sino también por sus velocidades.
- 🌀 Un sistema con más energía cinética tiene más estados posibles, lo que aumenta la entropía.
- ⚙️ El calor puede ser usado para hacer trabajo, como en motores de combustión, aunque no de manera 100% eficiente.
- 🌍 Las moléculas en sistemas reales chocan entre sí y contra pistones, lo que genera trabajo pero también aumenta el desorden del sistema.
- 💡 El calor se transfiere en los límites de un sistema, aumentando tanto la entropía interna como externa.
- ⚛️ Los procesos celulares en el cuerpo generan calor, lo cual también contribuye a la entropía del universo.
- 🔥 En un sistema, una gran cantidad de energía se convierte en entropía, haciendo que la energía total del universo sea menos útil.
Q & A
¿Qué establece la segunda ley de la termodinámica?
-La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía del universo está en constante aumento y no disminuirá.
¿Cómo se puede interpretar el aumento de la entropía en el universo?
-Se puede interpretar como que cada vez más energía en el universo se vuelve menos útil y se dispersa hacia formas menos aprovechables, como el calor.
¿Qué es la entropía?
-La entropía es una medida del desorden de un sistema y del número de estados posibles que el sistema puede asumir.
¿Cómo contribuye el calor a la entropía?
-El calor, que es una transferencia de energía térmica, aumenta la energía cinética de las moléculas en un sistema, lo que permite que asuman más estados posibles, incrementando la entropía.
¿Qué efecto tiene aplicar calor a un sistema cerrado de moléculas?
-Al aplicar calor a un sistema cerrado, las moléculas aumentan su energía cinética, se mueven más rápido y rebotan con más fuerza, lo que genera un mayor número de estados posibles y, por tanto, mayor entropía.
¿Por qué el número de estados posibles aumenta con la energía cinética?
-A mayor energía cinética, las moléculas pueden moverse con mayor velocidad, acercarse más entre sí y deformarse mutuamente, lo que genera más configuraciones posicionales y velocidades posibles, incrementando el número de estados.
¿Puede el calor ser utilizado para hacer trabajo? ¿Cómo?
-Sí, el calor puede ser utilizado para hacer trabajo, como en los motores de combustión o máquinas de vapor, donde la energía térmica genera movimiento, por ejemplo, al empujar un pistón.
¿Por qué ningún motor basado en calor es 100% eficiente?
-Ningún motor basado en calor es 100% eficiente porque siempre hay una parte de la energía que se disipa en forma de calor, contribuyendo al desorden o entropía del sistema.
¿Cómo se relaciona la fricción con la entropía?
-La fricción, como la que ocurre al caminar sobre una alfombra, genera calor que aumenta la entropía del universo al contribuir al desorden de las moléculas en el sistema.
¿Qué impacto tienen los procesos celulares en la entropía del universo?
-Los procesos celulares en el cuerpo humano generan calor, lo que también aumenta la entropía del universo, haciendo que la energía total sea menos útil.
Outlines
🔥 La entropía en el universo y el calor
En este párrafo se discute la segunda ley de la termodinámica, explicando que la entropía del universo está en constante aumento y no disminuirá. Se utiliza el ejemplo del cuerpo humano, que genera calor, lo cual contribuye al aumento de la entropía. Se introduce el concepto de entropía como un estado del sistema relacionado con el desorden y la cantidad de estados que un sistema puede asumir. Luego se presenta un ejemplo con un sistema cerrado donde las moléculas rebotan debido a la transferencia de calor, lo que aumenta la temperatura y la energía cinética, lo que a su vez incrementa el número de posibles configuraciones que el sistema puede tener, lo que lleva a un aumento en la entropía.
⚙️ Trabajo, calor y eficiencia en sistemas termodinámicos
Este párrafo explora cómo el calor no solo causa desorden, sino que también puede ser utilizado para realizar trabajo, como ocurre en motores de combustión y máquinas de vapor. Se da el ejemplo de un pistón impulsado por calor en el cual las moléculas que rebotan contra él realizan trabajo. Sin embargo, no todos los sistemas son 100% eficientes, y gran parte del calor se pierde en forma de entropía adicional. El texto explica que el calor y el trabajo ocurren en los límites del sistema, pero dentro de este, el aumento de la energía térmica causa que las moléculas se muevan más rápidamente y generen más estados posibles, aumentando la entropía del sistema.
Mindmap
Keywords
💡Segunda ley de la termodinámica
💡Entropía
💡Calor
💡Energía cinética
💡Sistema cerrado
💡Trabajo
💡Estados posibles
💡Temperatura
💡Moléculas
💡Revolución Industrial
Highlights
La entropía del universo está en constante aumento y no va a disminuir.
Cada vez más energía en el universo se vuelve menos útil debido a la entropía.
El calor es una transferencia de energía térmica que contribuye al aumento de la entropía.
La entropía es el estado del sistema que describe el nivel de desorden o el número de estados posibles que puede asumir.
Cuando se agrega calor a un sistema, la temperatura aumenta, incrementando la energía cinética de las partículas y su movimiento.
A mayor energía cinética, más estados posibles pueden asumir las moléculas, aumentando la entropía del sistema.
El estado de un sistema no solo depende de las posiciones de las partículas, sino también de sus velocidades y configuraciones.
El calor puede generar trabajo, como en los motores de combustión, pero no es completamente eficiente, ya que parte de la energía se destina al desorden.
Las moléculas dentro de un sistema pueden realizar trabajo empujando un pistón, aunque no todas las moléculas contribuyen de manera eficiente al trabajo.
El número de moléculas involucradas en el trabajo dentro de un sistema es enorme, alcanzando múltiplos del número de Avogadro.
No existe un sistema basado en calor que sea 100% eficiente; parte de la energía siempre aumenta la entropía.
El calor transferido hacia el sistema incrementa la energía térmica interna, aumentando el desorden y la entropía.
Al caminar, la fricción con la alfombra genera calor, lo que incrementa la entropía del universo.
Los procesos celulares en el cuerpo generan calor, lo que también contribuye al aumento de la entropía en el universo.
El aumento de entropía hace que la energía total del universo sea cada vez menos útil para realizar trabajo.
Transcripts
en el video sobre la segunda ley de la
termodinámica hablo de cómo la entropía
del universo está en constante aumento y
que no va a disminuir y otra forma de
pensar al respecto es que cada vez más y
más energía en el universo va hacia la
entropía se está volviendo cada vez
menos útil y el argumento que utilizo es
que en nuestro día a día mientras estoy
haciendo este video mi cuerpo está
generando calor y ese calor conduce a la
entropía genera más entropía en el
universo y una pregunta razonable es
cómo puede el calor conducir o llevar a
la entropía recuerda el calor es una
transferencia de energía térmica y la
entropía es un estado del sistema es la
cantidad de desorden que tiene el
sistema es el número de estados que un
sistema puede asumir veamos un ejemplo
Aquí vamos a suponer que se trata de un
sistema ideal cerrado este pequeño
cuadrado blanco de aquí y est estas
moléculas están rebotando a alguna
temperatura por lo que tienen una
energía cinética promedio y Cada
molécula va a hacer cosas diferentes y
siempre lo dibujo como esta energía
cinética de traslación pero podrían
estar rotando y oscilando y haciendo
todo tipo de cosas podrían estar
haciendo otras cosas también pero la
energía cinética de traslación es un
poco más fácil de visualizar ahora vamos
a aplicar algo de calor al sistema así
que tenemos una transferencia de energía
térmica lo que llamamos calor y usamos
la letra Q para denotar calor así que
tenemos una transferencia de calor hacia
el sistema y luego debido a esto la
temperatura del sistema sube la energía
cinética promedio aumenta y estas
partículas empiezan a rebotar con más
momento con más velocidad así que por
qué este sistema tiene entropía podrías
decir bueno tiene el mismo número de
moléculas en el mismo volumen Aunque la
imagen está en dos dimensiones y podría
parecer más bien un área pero podríamos
imaginar que estamos hablando del mismo
volumen que se está llenando y se siente
como si hubiera el mismo número de
lugares en donde las moléculas podrían
estar pero nuestro estado no está
determinado exclusivamente por la
posición o por el lugar donde se
encuentran las diferentes partículas el
estado es todo acerca del sistema que
podamos utilizar para predecir lo que le
va a pasar después al sistema por lo que
el estado También incluye las diversas
velocidades de estas partículas Así que
cuando tiene una temperatura más alta
hay un mayor número de velocidades que
podría tener y también cuando tiene esta
alta energía cinética Recuerda que todas
estas moléculas están formadas por
átomos que tienen núcleos y que tienen
electrones girando a su alrededor y si
no tienen suficiente energía cinética
podrían no ser capaces de acercarse Así
que digamos que estos son los electrones
externos de un
átomo y digamos que aquí hay otro y
tienen una energía cinética razonable Y
con esa energía cinética van a poder
acercarse solo un poco pero si
estuvieran moviéndose más rápido podrían
ser capaces de acercarse más podrían
Incluso deformarse un poco entre sí
imagina dos bolas que se golpean entre
sí a gran velocidad se van a empujar un
una a la otra con mucha fuerza por lo
que hay más estados posibles que se
pueden asumir cuando se tiene mayor
energía cinética Así que estas se
golpearon muy rápido y se deformaron una
a la otra mientras que estas fueron
amables y educadas y se acercaron a una
velocidad
gentil Así que se podría incluso tener
más estados posicionales más
configuraciones diferentes en el espacio
tridimensional y es por eso que el calor
conduce a la entropía sé lo que algunos
de ustedes podrían estar diciendo el
calor no solo causa desorden de hecho el
calor puede ser utilizado para hacer
trabajo y de hecho esa es la base de la
Revolución Industrial las máquinas de
vapor y los motores de combustión el
motor de combustión en tu coche que
utilice el calor utiliza una reacción de
combustión para empujar un pistón lo
cual se utiliza para hacer trabajo y eso
es por supuesto cierto y tenemos aquí un
ejemplo de ello tengo algunas moléculas
aquí moviéndose por todos lados a una
cierta temperatura y luego voy a aplicar
calor al sistema Así que vamos a Añadir
calor al sistema y en este sistema no
tengo solo un contorno cerrado estas
moléculas empiezan a moverse más
pudiendo asumir más estados y pueden
utilizar ese movimiento para expandir el
contenedor lo que vemos que sucede aquí
es que empujan este pistón y así están
realizando trabajo
y cómo se está haciendo ese trabajo
bueno mientras estas moléculas están
rebotando por todos lados estamos
hablando de una gran cantidad de
moléculas de vez en cuando algunas de
estas moléculas van a chocar aquí y
luego
rebotar Y eso va a dar un poco de fuerza
por una cantidad de tiempo muy pequeña
lo que va a empujar esto hacia arriba un
poco pero hay tantas moléculas solo
dibujé unas cuantas pero en en cualquier
sistema termodinámico real vamos a estar
hablando de muchos millones y millones y
millones estamos hablando de múltiplos
del número de abogadro de moléculas y
así en un momento dado muchas de ellas
van a estar rebotando contra el pistón y
van a estar haciendo el trabajo van a
estar desplazando este pistón con un
componente de su fuerza van a estar
empujando este pistón hacia arriba y
haciendo el trabajo pero no existe un
sistema o motor que funcione una base de
calor que sea 100%
eficiente Así que algo de esto puede ser
utilizado para hacer el trabajo pero
mucho de ello va a añadirse al desorden
del sistema para aumentar el número de
estados que el sistema puede asumir una
forma de pensar en ello y esto siempre
me ha ayudado es que el calor es la
transferencia de energía térmica y eso
ocurre en el límite del sistema este
calor podría ser una Flama aquí abajo y
si esto no fuera un sistema
completamente cerrado podría liberar
calor en los límites del sistema Pero
dentro del sistema el calor el
incremento en la energía térmica está
conduciendo a un aumento en la entropía
ahora Bien también hay trabajo en el
límite del sistema aquí arriba
probablemente hay algo de calor que es
liberado Pero también es capaz de hacer
trabajo así que el calor y el trabajo se
están produciendo en los límites del
sistema pero una gran cantidad de esa
energía va hacia el interior del sistema
y Eso provoca que las moléculas choquen
entre ellas mucho más rápido y generar
más estados que podrían asumir y es por
eso que cuando hablo de que si estoy
caminando la fricción Con la alfombra va
a generar calor y eso va a contribuir a
la entropía en el universo el simple
hecho de que exista los procesos
celulares en mi cuerpo que generan calor
aumentan la entropía del universo que
hace que la energía total del universo
sea menos útil
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