Estoy tratando de aclarar algunos de los conceptos que aprendí hasta ahora en mi aventura termodinámica.
Para ello montaré una ensalada con esos conceptos, para poder ver no sólo su definición aislada sino la relación práctica entre todos ellos.
GUIÓN:
Supongamos que estoy en una habitación y tengo una pelota en la mano izquierda.
Supongamos que la pelota es mi sistema termodinámico porque es lo que quiero analizar. De ahí que la habitación sea el entorno.
Supongamos que dejo que la pelota caiga libremente.
PERSPECTIVA TERMODINÁMICA:
La energía potencial es la gravedad tirando de la pelota hacia abajo. Toda esta energía potencial forma parte de la energía interna del sistema.
Una parte , porque otra parte está formada por la energía cinética de las partículas del sistema (sea un gas o sea lo que sea).
Por lo tanto, nadará por el aire, rebotará en el suelo y volverá a nadar...
...Algunas veces, mientras pierde su energía interna como flujo de calor que va hacia el entorno.
¿Hay algún flujo de trabajo mientras la pelota nada hacia abajo en contacto con el aire? - Digo nadar porque representa mejor que hay una oposición con el aire, caer suena demasiado fácil -
Hay un flujo de trabajo positivo cuando la pelota toca el suelo, porque está comprimiendo su volumen y, por lo tanto, se está realizando trabajo en el sistema.
Hay un flujo de trabajo negativo cuando la pelota rebota del suelo porque se está expandiendo nuevamente y, por lo tanto, el sistema está haciendo el trabajo.
Siendo la entropía la libertad del sistema para tener la posibilidad de establecerse en la cantidad de "entropía" de diferentes microestados, ¿dónde puedo ver esta entropía?
Mientras cae, la habitación recibe el flujo de calor, ¿entonces la habitación aumenta su entropía mientras la pelota pierde entropía?
Pero mientras "nada hacia arriba" contra la gravedad, la pelota vuelve a ganar entropía (no tanto como el rebote anterior porque no llega tan alto).
¿Qué pasa si la habitación está muy caliente y la pelota está muy fría? Si el calor no sale de la pelota, ¿sigue perdiendo energía interna mientras cae? Si la habitación estuviera exageradamente caliente en contraste con la pelota, ¿ayudaría eso a que la pelota ganara más energía y, por lo tanto, rebotara más alto que antes?
Al final, la pelota habrá perdido toda su energía cinética y estará en equilibrio térmico con la habitación. Ha perdido toda la entropía que podía haber perdido, y por eso no sigue actuando. Si tuviera algo de entropía que perder, definitivamente seguiría haciendo algo (¿todo sucede porque todo quiere proporcionar entropía al universo, y no puede decir que no hasta que le han robado por completo su entropía?).
Podemos considerar que todo el sistema {bola + gas + habitación} está aislado por lo que la energía total es constante a lo largo del tiempo. Incluso en el caso de que la energía total permanezca igual, el sistema puede evolucionar hacia un macroestado de mayor entropía que la inicial. La entropía debe entenderse aquí en el sentido del número de microestados del sistema {bola + gas + habitación} compatibles con un macroestado dado. Ahora, el macroestado para tal sistema se caracterizará por la distribución de velocidades del centro de masa de la bola y la temperatura de todo el sistema (temperatura de la bola y temperatura del gas y posiblemente temperatura de las paredes de la habitación) .
Al chocar con las moléculas del gas y las paredes, la bola cederá energía a su entorno aproximadamente hasta que tenga aproximadamente la misma energía cinética que una molécula. A medida que cede energía, la pelota realmente no pierde entropía (primero porque su propia entropía no cambia mucho y segundo porque el movimiento de su centro de masa no contribuye mucho a la entropía del sistema como un todo), pero sí contribuye. aumentar la entropía del gas que ahora tiene más energía. Dado que el gas tiene más energía cinética, tiene más microestados compatibles con este nuevo estado de energía cinética y, por lo tanto, la entropía del gas es mayor que antes.
Ahora a comentar el punto
Al final, la pelota habrá perdido toda su energía cinética y estará en equilibrio térmico con la habitación. Ha perdido toda la entropía que podía haber perdido, y por eso no sigue actuando. Si tuviera algo de entropía que perder, definitivamente seguiría haciendo algo (¿todo sucede porque todo quiere proporcionar entropía al universo, y no puede decir que no hasta que le han robado por completo su entropía?).
No estoy seguro de que esta sea la forma correcta de formularlo. La pelota por sí sola no tiene que perder entropía para que aumente la entropía del universo. La entropía no es algo que se conserva sino algo que se crea. Sucede que una pelota con masa yendo a velocidad tal que (dónde es la masa de una molécula) está destinado a ser una situación que genera más oportunidades para que el gas y las paredes de las moléculas ocupen nuevos estados de movimiento inaccesibles antes de que la pelota liberara su energía; así es como se crea la entropía en este caso.
Cuando la habitación está muy caliente y la pelota está muy fría, Ball obtendrá algo de energía en forma de calor de la habitación.
Pero esa energía térmica no se sumará a su energía potencial. en otras palabras, la energía térmica no se transformará en energía cinética mientras la pelota cae.
Entonces, en este escenario, la pelota nunca rebota más alto que el rebote anterior.
Suposición: ganar calor no cambia las características del material de la pelota.
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Álvaro N. Franz
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