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Room: Physics
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Entropía y la flecha del tiempo — Del desorden doméstico al destino térmico del Universo

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1. ¿Por qué solo vemos “desordenarse” las cosas? 🧩➡️🌀

Humo que se dispersa, cubos de hielo que se derriten, tu escritorio que no se ordena mágicamente…
Intuición clave: existen muchísimas más configuraciones “desordenadas” que “perfectamente ordenadas”.


2. Boltzmann y la ecuación en su tumba ⚰️

La lápida de Ludwig Boltzmann presume:

\[ S = k_B \ln \Omega . \]

Símbolo Significado Unidades / valor
\(S\) Entropía \(J K^{‑1}\)
\(k_B\) Constante de Boltzmann \(1{,}380 649\times10^{‑23}J K^{‑1}\)
\(\Omega\) Nº de microestados compatibles con el macroestado — (adimensional)

Más microestados \(\Rightarrow\) mayor entropía.

Dato cultural: Boltzmann murió sin ver su idea aceptada; Planck la popularizó al describir la radiación de cuerpo negro. 🎻


3. Segunda ley en versión exprés ♻️

Para un proceso espontáneo en un sistema aislado:

\[ \Delta S \ge 0 . \]

No es “prohibido” \(\Delta S < 0\); solo que la probabilidad de tal fluctuación se vuelve astronómicamente baja cuando el sistema tiene muchos grados de libertad.


4. Entropía diferencial: calor reversible 🌡️

En un proceso cuasiestático y reversible:

\[ dS = \dfrac{\delta Q_{\text{rev}}}{T}. \]

Símbolo Significado Unidades
\(\delta Q_{\text{rev}}\) Calor infinitesimal reversible recibido J
\(T\) Temperatura absoluta K

5. Ejemplos a escala humana 🏠

Sistema \(\Delta S\) típica (\(J K^{‑1}\)) Comentario breve
Cubo de hielo (50 g) → agua (0 °C) \(+0{,}19\) La fusión aumenta el nº de microestados.
Hervir 1 kg de agua \(+2{,}1\) El vapor ocupa más volumen (mayor \(\Omega\)).
Mezclar dos tintas ideales \(\approx + (\text{orden de } 100 J K^{-1}\)) Difusión irreversible; \(\Omega\) explota.

6. Flecha del tiempo y cosmología 🌌


7. Motor de Carnot 🚂

Eficiencia teórica entre dos depósitos a \(T_H\) y \(T_C\):

\[ \eta_{\text{Carnot}} = 1 - \dfrac{T_C}{T_H}. \]

Cualquier irreversibilidad (\(\Delta S > 0\)) reduce la eficiencia real por debajo de este límite.


8. Entropía en la información 📡

Claude Shannon aplicó el término para medir incertidumbre:

\[ H = -\sum_i p_i \log_2 p_i . \]

Analogía profunda: disminuir incertidumbre exige trabajo (energía) y genera \(\Delta S\) en el entorno físico que procesa la información.


9. Malentendidos frecuentes ❌

  1. “Entropía = desorden moral” → Nope; es conteo de microestados.
  2. “Si ordeno mi cuarto, violo la 2ª ley” → Exportas entropía: respiras, sudas y usas electricidad.
  3. “La entropía siempre crece en todo sistema” → Solo en sistemas aislados; dentro de tu refri \(\Delta S_{\text{interior}} < 0\), pero el compresor calienta la cocina.

10. Conclusión & próximos pasos 🚀

La entropía es el metrónomo de la irreversibilidad:

← Conservación de la energía — La ley que todo lo transforma, del molino medieval al LHC.
→ Calor y temperatura — Del equilibrio térmico a la radiación de Hawking.


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