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Transcripción del video

hasta ahora ya les he dado dos definiciones de la variable de estado entropía ese se refiere a la entropía y la definición termodinámica decía que el cambio en la entropía era igual al calor entre la temperatura verdad ok así que obviamente si la temperatura está cambiando bueno al agregar el calor tenemos que hacer un poquito de cálculo y cuando lo vemos desde el punto de vista matemático o estadístico combinatorio en realidad esto esencialmente nos dice que la entropía es igual a alguna constante por el logaritmo natural del número de estados que el sistema puede tomar y en este caso cuando todos los estados son igualmente probables que es bastante cómodo para trabajar tenemos si tenemos un montón pero un montón de moléculas en realidad tenemos muchísimos más estados posibles ok entonces no vamos a preocuparnos ahorita cuando haya distintas probabilidades simplemente vamos a introducirnos al tema de la segunda ley de la termodinámica segunda ley y la segunda ley dice esto que es bastante simple pero explica un montón de fenómenos nos dice que el cambio el cambio en la entropía el cambio la entropía del universo en la entropía del universo cuando en un proceso se lleva a cabo va a ser siempre mayor o igual que cero así que esto nos dice que cuando cualquier cosa que ocurre en el universo el efecto neto es que hay más entropía en el en el universo mismo y esto parece ser bastante profundo y de hecho lo es así que vamos a aplicarlo a algunas cositas vamos a ver cómo explica y cómo da sentido a algunos este fenómenos digamos por ejemplo que tengo dos depósitos uno que tiene temperatura de 1 porque digamos un depósito de calor pues de alta temperatura y digamos que tengo un té 2 que es un depósito frío ahora ya sabemos de la experiencia que pasa cuando tengo por ejemplo una taza de agua y le echo un vidrio perdón que lo pongo al lado de un vaso con con agua fría no entonces esencialmente es lo que estamos haciendo por ejemplo en este caso simplemente la parte caliente se va a transferir hacia la parte fría con una un calor q ok no lo vemos todos los días realmente que el calor vaya realmente del punto más caliente al al más frío pero si pongo un cubo de hielo y le pongo en una taza con té hirviendo vas a ver que ambos llegan a una misma temperatura que esencialmente estamos diciendo que la parte caliente lcd calor la parte fría entonces esto por supuesto sólo lo estamos pensando desde forma teórica en un digamos depósitos infinitos no no creo que existan estos en la naturaleza pero vamos a ver qué nos dice la segunda ley de la termodinámica respecto a que esto debería ocurrir qué es lo que está pasando aquí cuál es el cambio neto en la entropía para tf1 así que la segunda ley de la termodinámica dice que el cambio en la entropía del universo es mayor o igual que cero pero en este caso es igual al cambio la entropía dt uno más el cambio en la estropeada bueno quizás no debería llamarle t uno porque tengo uno es una temperatura déjenme llamarle solo sólo uno ok que este es el sistema 1 el caliente y más el cambio en la entropía del sistema 2 que es el frío así que cuál es el cambio en la entropía del sistema 1 bueno esto pierde calor 1 pierde calor a una temperatura de 1 entonces esto es menos porque pierde calor menos q sobre de 1 que es nuestra temperatura alta y cuando analizamos el cambio en la entropía para el sistema 2 tenemos que éste gana cubo de calor sobre t 2 verdad entonces este es el cambio la entropía del sistema 2 el primero pierde calor que se lo cede al segundo entonces por eso él explica los signos pero bueno esto la pregunta es esto va a ser mayor o igual que 0 y vamos a pensar un poquito de esto si yo divido déjenme déjenme reescribir esto esto es igual a q sobre t 2 - - - curso brete uno solo reacomodo de esto verdad ahora cual número es más grande de 2 o t 1 bueno tengo uno es más grande porque supusimos que era caliente verdad uno es más grande ahora si tengo un número más grande de hecho es más grande que te dos okay comparado con esto que uno es más grande que te dos y como tenemos el mismo numerador en ambos casos entonces por ejemplo si yo tuviera un medio un medio ajá y le restó un tercio bueno va a ser mayor que cero verdad porque si estamos dividiendo entre un número más grande vamos a tener un número más pequeño es decir por ejemplo si partimos un pastel en un número cada vez más grande de pedazos pues tenemos más una fracción más chica del pastel verdad así que este número esta diferencia va a ser mayor o igual que cero eso nos dice la segunda ley de la termodinámica y verifique esta observación que vemos en el mundo real que que la temperatura más alta va a va a ser que el calor fluya del más alto al más bajo así que tú podrías decir oye yo tengo un ejemplo un caso en donde tú es esta afirmación está mal por ejemplo si pongo un aire aire acondicionado en un cuarto digamos que este es el cuarto este de la izquierda y a la derecha está el exterior lo que dices es bueno mira el aire acondicionado hace esto el el cuarto ya está frío ya afuera está muy caliente pero lo que hace el aire acondicionado es que hace esto todavía más frío y hace que el exterior se haga más caliente entonces el calor q va en esta dirección toma calor del cuarto frío y lo es lo manda afuera al al exterior caliente entonces si tú demostraros que esto fuera cierto ya te ganarías el premio nobel pero tengo que decirte algo que estás olvidando un pequeño hecho el aire acondicionado por dentro tiene cierto tipo de compresor una máquina que está activamente haciendo esto está poniendo a trabajar a realizar trabajo más bien y esta máquina de aquí que lo estoy poniendo con magenta está cediendo calor también hacia el exterior un cubo digamos que le voy a poner de la máquina que es del calor que expide la máquina así que si queremos ver el total de entropía creada por este este pequeño universo entonces tendríamos que el cambio dentro piensa el cambio de la entropía del cuarto frío ok del cuarto frío más el cambio de la entropía para el exterior aunque más el cambio la entropía del exterior ok entonces tú podrías decir este cambio en la entropía para el cuarto déjenme ver el cuarto está digamos nos estaba cediendo cierto calor que a una temperatura de 1 esto es un menos verdad porque lo está accediendo y este exterior va a recibir este calor pero está a una temperatura de 2 este número de aquí t 2 es mucho más grande que el de 1 verdad porque estamos suponiendo que hace calor afuera así que si ves solo esto dirías bueno esto es negativo y esto como que contradice la segunda ley de la termodinámica pero no porque no hemos agregado el calor que genera la máquina así que hay que agregar el calor que genera la máquina entre la temperatura del exterior y bueno no tengo los números precisos pero yo te puedo garantizar que este calor que genera la máquina siempre debe ser tal que toda esta expresión nos dé mayor igual que cero para que el cambio en la entropía sea mayor o igual que cero ok así que cuando tomamos por ejemplo una clase de química introductoria el maestro generalmente dice que la entropía es igual al disco 'la al desorden quien no es incorrecto es si es desorden pero tenemos que tener cuidado con lo que entendemos por desorden porque el siguiente ejemplo que es el que generalmente se dan en las clases es por ejemplo un cuarto limpio una habitación limpia o que hay una habitación limpia y después se convierte en una habitación sucia bueno el universo a lo mejor tiene más desorden en él en la habitación sucia pero no es un caso correcto de entropía de aumento de entropía no es un buen ejemplo no es un buen ejemplo y eso porque bueno porque cuando tenemos un cuarto limpio o sucio es que tenemos que fijarnos realmente en la variable macro en la macro variable la entropía es una variable de estado macro ok y la entropía de hecho nos dice cuánto tiempo por ejemplo me me lleva a decir lo que cuánto tiempo me lleva a decir cómo se comporta una partícula de hecho nos dice cuántos estados hay cuánta información posee este sistema ahora cuando tenemos un cuarto limpio tenemos dos distintos estados del mismo cuarto por ejemplo si tenemos la temperatura si tenemos la misma temperatura y el mismo número de moléculas esencialmente tienen la misma entropía así que un cuarto succión no no es que tenga más entropía por ejemplo puedes tener un cuarto sucio y que esté frío ok entonces un cuarto sucio y frío podríamos decir entonces que entramos y empezamos a limpiarlo y nos esmeramos mucho y empezamos a sudar y hacemos generamos calor con todo el trabajo que realizamos por limpiar nuestro cuerpo entonces eso nos lleva a un cuarto más caliente y limpio y que además a lo mejor tiene sudor no lo que yo despedí mientras trabajaba entonces en este sentido debido a que está más caliente y además hay más moléculas eso me da más estados ok la energía es más grande y entonces las posibilidades de estado de las partículas en este cuarto tienen mayores opciones y por lo tanto aquí hay un incremento en la en la entropía no de un cuarto que está sucio a uno que está limpio y de hecho esto cuando cuando empezamos a limpiar el cuarto estoy generando calor en dentro de él y el universo se está volviendo está incrementando la entropía hay más estados así que de dónde viene este eco o cómo entendemos la palabra desorden en un sistema vamos a pensar en una situación donde tengo por ejemplo una pelota ok y digamos que cae al suelo aunque ya aquí golpea el suelo qué aquí por ejemplo podríamos pensar que ocurre con la energía aunque debido debido a la primera ley de la termodinámica cuando el la pelota cae al suelo viene con muchísima energía cinética llegue al suelo y de repente se detiene ok entonces la pregunta obvia es qué pasa con esa energía la ley de la conservación de la energía me está diciendo que se tiene que ir a algún lado verdad si golpe al suelo y después desaparece en realidad no es que desaparezca cuando la pelota va cayendo tenía ya sabes un montón de calor que estaba más o menos el orden del suelo el suelo estaba muy ordenado digamos las moléculas de ahí están vibrando tenían cierta energía kinética cinética y potencial y después nuestras moléculas de la pelota que están alomejor vibrando pero esencialmente lo que tienen es una emoción un movimiento hacia abajo verdad entonces cuando golpee el suelo lo que ocurre y déjenme mostrarles digamos lo que ocurre a nivel micro en la pelota así que aquí están las moléculas de la pelota que se ven o menos así que digamos esto es un sólido pueden a lo mejor estar arreglados como en una latina y después golpean las moléculas del suelo que aquí está el suelo es otro sólido digamos que se ve así que así se ven sus moléculas y estamos viendo el micro estado de este fenómeno éstos amarillitos de la pelota empiezan a transferir el calor o la energía cinética ok hacia abajo y la transfieren a las partículas del suelo entonces empiezan a rebotar todas las partículas del suelo perdón entonces a lo mejor estos empiezan a rebotar los de las pelotas quién sabe empiezan a moverse a lo mejor oscilan a lo mejor éste podría rebotar en dirección los de la pelota podrían regresar no sabemos ok pero empiezan empiezan a rebotar y a rebotar y generan como una especie de efecto en cadena entonces lo que tenemos era esencialmente un movimiento ordenado de digamos desde el punto de vista de la pelota que al chocar con las moléculas del suelo empieza a hacer que la energía zinc y su movimiento empieza a hacer empieza a recorrerse en direcciones medio aleatorias en ese sentido así que cuando el movimiento ya no es ordenado si tenemos un montón de moléculas déjenme hacerlo con otro color tenemos un muy un montón de moléculas que se mueven en una misma dirección a nivel micro bueno a nivel micro se ve por ejemplo con el ejemplo que hicimos de la pelota ok pero cuando se mueven a distintas direcciones muy aleatorias en realidad tenemos el mismo número de energía cinética a nivel molecular pero están rebotando entre ellas están rebotando más de forma más rara en este caso describimos que la energía cinética está descrita por digamos la temperatura que describe el promedio de la energía cinética en este caso cuando hablamos que el mundo se vuelve más desordenado estamos pensando en el orden de las velocidades y de la energía de las moléculas antes de que las moléculas estuvieran realmente ordenadas a lo mejor realmente iban todas hacia abajo esencialmente pero cuando chocan con el suelo empiezan a vibrar de forma en direcciones aleatorias y hacen que el suelo también vibre de forma muy rara entonces hace al menos a nivel micro que se vuelva muy desordenado ahora hay una pregunta interesante aquí digamos habrá alguna probabilidad pensemos si tubieran es esta pelota que viene hacia el suelo porque no la pelota o más bien habrá una probabilidad de que si yo tengo una pelota y él y el suelo que estas moléculas empiecen a arreglar justo en de tal forma que empiezan a golpear las moléculas de la pelota de esta forma así que habrá alguna probabilidad solo por el movimiento aleatorio de que en algún momento las moléculas del suelo golpeen a la pelota para mandarla hacia arriba y la respuesta es sí de hecho hay una una pequeña e infinita décima probabilidad de que eso ocurra verdad venderías por ejemplo esto es bastante interesante aquí tienes el suelo y una pelota que está en el suelo a lo mejor tendría que esperar un millón de años o millones de billones de años para ver que la pelota de repente bote hacia arriba de la nada y hay una probabilidad muy pequeña de que la vibración de estas moléculas se ordenen de tal manera que lancen la pelota hacia arriba pero la probabilidad de este evento es relativamente es esencialmente cero entonces cuando la gente habla de orden y liso y desorden el desorden es y está incrementando están moviéndose en direcciones más aleatoria en mayo tiene mayores estados potenciales y sabemos hasta cierto nivel que la entropía ya no es algo mágico al menos más bien ya aparece como sentido común en este vídeo donde en el último vídeo donde vimos que si teníamos un montón de moléculas y después poníamos un espacio extra y de repente vaporiza vamos la pared y vimos que estas moléculas estas moléculas bueno sabemos que siempre van a empezar si están golpeando en las paredes y generando cierta presión entonces al mover la pared éstas empiezan a seguirse ya ya no chocan con el muro porque ya no existe y no se detienen es decir se siguen moviendo las direcciones y abarcan hacia la dirección en donde tenemos la nueva la nueva el nuevo volumen digamos y así que estos se van a expandir hacia todo el contenedor y esto es bastante de sentido común pero la cosa bonita que vimos en ese vídeo también nos dice que esto va a ocurrir que las moléculas se van a expandir para llenar todo el contenedor y que todo esto todo esto está ocurriendo a lo mejor iba a llegar un momento en el que todos regresen a la mía la posición original según lo que vimos en este vídeo van a regresar todas hacia el lado izquierdo pero hay una probabilidad muy muy pequeña y quiero hacer esto muy claro ese es un macro estado macro estado nunca hablamos de la entropía para moléculas individuales sabemos lo que una molécula individualmente está haciendo no deberíamos preocuparnos por la entropía solo esto lo vamos a hablar como la entropía es un estado del sistema y cuando estamos mirando el sistema si no estamos mirando directamente a las de hecho no sabemos qué es lo que está pasando con las moléculas todo lo que podemos hacer es mirar las propiedades estadísticas de estas pero por ejemplo cuántas moléculas hay y su dinámica pero una caja que tiene estas moléculas tiene un estado que que un mayor es un mayor número de estados que una caja más pequeña baja entonces no tendríamos que saber realmente lo que pasó con cada una de las moléculas esto es muy importante de entender cuando alguien habla por ejemplo de un cuarto sucio o de un cuarto limpio están mirando los microestados del sistema la entropía esencialmente es una un macro estado cierta cantidad de energía la posee un sistema así que la entropía asociada con el cuarto por ejemplo sólo es útil cuando no estás cuando no sabes lo que está pasando en el cuarto digo sabemos la temperatura del cuarto la presión del cuarto el volumen del cuarto porque son propiedades macro y la entropía esencialmente nos dice cuántas cuántos micro estados posibles puede el sistema tener o cuánta información y de ahí hay una noción de entropía de información cuánta información tiene tenemos tienes que darme para saber el estado micro exacto del sistema como sea espero que hayan entendido este vídeo que clarifique los los conceptos de entropía y les dé más intuición sobre lo que de hecho es nos vemos