Duda sobre la entropia

[oscarmuinhos]

Hola Pola
Hola teclado
Hola Sater
Hola a todos/as

Me da toda la impresión de que éste es un caso en el que la teoría va por un lado y la realidad por otro.

Si la teoría va por un lado y la realidad por otro, habrá que cambiar la teoría, porque la teoría es válida en la medida que es capaz de explicar la realidad.

Y, tomando como ejemplo los principios de la Termodinámica, podemos entender también como va evolucionando la Ciencia (o la teoría) para explicar la realidad.

Tomemos la Formulación Fenomenológica de la Termodinámica:

- esta define las magnitudes termodinámicas desde el punto de vista macroscópico, sin preocuparse o sin referencia alguna a la naturaleza molecular y atómica de la materia

-de la energía interna no se preocupa a que tipo de fuerzas está o no está asociada dicha magnitud;
-define el volumen como el espacio que ocupa un sistema (sin preocuparse siquiera porque los gases pueden comprimirse tan fácilmente, mientras que líquidos y sólidos son mucho menos comprensibles)
-define la presión como la magnitud termodinámica necesaria para explicar el equilibrio termodinámico;
-define la temperatura como la magnitud termodinámica necesaria para explicar el equilibrio térmico;
-conoce ecuaciones termodinámicas como PV=nRT como una manifestación proveniente de la experiencia y la experimentación;

-etc, etc....

Es válida esta formulación? Con esa formulación podemos entender y deducir correctamente el comportamiento y evolución de los sistemas termodinámicos desde el punto de vista macroscópico y, por lo tanto, es perfectamente válida dentro de los límites del punto de vista macroscópico.

En esta formulación NUNCA va a pasar que una mezcla de gases se pueda separar por si misma.

Tomemos la Formulación estadística de la Termodinámica:

-en esta la magnitudes termodinámicas (de naturaleza macroscópica) tienen una explicación desde el punto de vista de la naturaleza molecular y atómica de la materia (punto de vista microscópico)

-la energía interna se entiende como una energía asociada a las fuerzas de interacción intermolecular, molecular, atómicas y del núcleo;
-la presión (como explica teclado) no solo es esa magnitud macroscópica que explica el equilibrio mecánico, sino que además se entiende como un promedio de las fuerzas por unidad de superficie debidas a los choques de las partículas contra las paredes del sistema;
-la temperatura (como también explica teclado) no solo es esa magnitud que se necesita para explicar el equilibrio térmico, sino que, además, se entiende asociada con la energía cinética media de las partículas del sistema;
-sobre el volumen, no solo es el espacio ocupado por el sistema, sino que es capaz de entender por que razón los gases se comprimen tan fácilmente;
-conoce ecuaciones termodinámicas como PV=nRT no solo como manifestaciones provenientes de la experiencia y la experimentación, sino que, además, es capaz de deducirlas partiendo del comportamiento "estadístico" de las partículas que conforman la materia.

-etc, etc,...

¿Es válida esta formulación? Por supuesto que sí. En realidad viene a ser una ampliación de la formulación fenomenológica, en el sentido que aquela explica lo mismo que ésta y además entiende y explica la naturaleza microscópica de las magnitudes y leyes de la Termodinámica...
La formulación estadística de la Termodinámica es, pues, una formulación más completa de la Termodinámica...más completa, tanto porque explica más cosas, como porque plantea nuevos interrogantes...(y, entre estos, el de la naturaleza "determinista" de la materia que ha citado Teclado o el de la naturaleza "caótica": es decir, las partículas invidualmente obedecen a las leyes deterministas de Newton y cuando se juntan muchas devienen en un comportamiento caótico (estadístico) por nuestra incapacidad para seguir la trayectoria de cada una de ellas, o devienen en un comportamiento realmente caótico que solo puede ser abordado estadísticamente. O incluso podría ser al revés? Las partículas tienen por naturaleza un comportamiento caótico (que solo puede ser estudiado estadísticamente, pero que cuando tenemos muchas partículas formando un sistema macroscópicamente aislado se vuelve determinista?)

Son INCOMPATIBLES estas dos formulaciones?

Por supuesto que NO, siempre que entendamos que donde la formulación fenomenológica dice NUNCA, la formulación estadística dice EXTREMADAMENTE MUY POCO PROBABLE.

Así es como evoluciona la Ciencia.

Saludos

Y hola Richard

[Pola]

Buenos días y gracias a todos por las respuestas.

En general, entiendo lo que decís (aunque no soy capaz de entender el sentido de las definiciones de presión y temperatura en la formulación fenomenológica de la termodinámica); pero la verdad es que no puedo creerlo. Siendo un poco más extremista: lleno de aire una botella de buceo de 15 litros de capacidad a 200 atmósferas (que para el que no lo sepa, da para estar respirando más de 1 hora a 15 metros de profundidad). Se rompe la rosca que va a soportar toda la grifería y sale el aire por un lado y la botella disparada hacia el otro. Honestamente: ¿de verdad hay alguien que pueda creer que todo el aire expulsado puede volver a entrar por sí solo en la botella?

Sin ánimo de ofender a nadie en éste foro dedicado a la ciencia, yo entiendo que es imposible, por mucha formulación que se quiera añadir. Mi opinión, y es sólo una opinión, es que si las fórmulas dicen que ésto es posible es señal de que hay algo que revisar. Como decía Feynman,al final la prueba de la verdad en una teoría es que sea consistente con los hechos. Y no importa el nombre del que defienda una teoría que se contradiga con la experiencia.

Gracias de nuevo y un saludo.

[sater]

Sin ánimo de ofender a nadie en éste foro dedicado a la ciencia, yo entiendo que es imposible, por mucha formulación que se quiera añadir. Mi opinión, y es sólo una opinión, es que si las fórmulas dicen que ésto es posible es señal de que hay algo que revisar. Como decía Feynman,al final la prueba de la verdad en una teoría es lo que sea consistente con los hechos. Y no importa el nombre del que defienda una teoría que se contradiga con la experiencia.

Gracias de nuevo y un saludo.

Buenas de nuevo, Pola.

Imagínate una lotería en la que las probabilidades de ganarla son una entre billones de billones. Es poco probable ganarla. Algunos dirían que casi imposible. Pero si das con el boleto, que será uno entre billones de billones, la ganas. La probabilidad es ínfima, pero está ahí.
Pues la física es igual. Siempre que las leyes lo permitan, podemos decir que es algo es posible, aunque sea extremadamente improbable.Las leyes de la física son reversibles en el tiempo -al menos las clásicas-, por lo que si en tu ejemplo invirtieras las velocidades de todas las partículas (todas todas, las del gas y las de las moléculas de agua que han colisionado con estas), el gas entraría de nuevo en la botella. (Creo que esto ya lo han señalado antes en el hilo). ¿Qué probabilidad hay de que, tras choques fortuitos entre el gas y las moléculas de agua, ocurra tal inversión de velocidades? Pues practicamente nula, pero no un cerapio matemático, si no algo así como diez elevado a menos un uno seguido de cero, cero cero.... y pon ahí todos los ceros que quieras. Pero eso no es estrictamente cero.

¿Me sigues por dónde voy?
Un saludo.

[Alriga]

El Teorema de Recurrencia de Poincaré establece que ciertos sistemas, después de un tiempo suficientemente largo pero finito, volverán a un estado muy cercano a (para sistemas de estado continuo), o exactamente el mismo que (para sistemas de estado discreto), su estado inicial.

Los detalles en Teorema de recurrencia de Poincaré

Saludos.

EDITADO: acabo de ver que Teclado ya había comentado el teorema aquí: perdón pues por la repetición.

Pola, observa que es un teorema Matemático. Eso quiere decir que si cierto sistema cumple las hipótesis de partida del Teorema, la consecuencia del mismo es inexorable e indiscutible.

[Pola]

Bueno. Entiendo lo que decís y por donde van las respuestas, aunque la verdad es que no he sido capaz de entender el Teorema de recurrencia. Hay conceptos físicos que se me escapan.

Muchas gracias a todos por vuestras respuestas.

Me quedo en la duda....

[JCB]

Hola a tod@s.

No sé si acabo de comprender la duda de Pola, pero en el caso que expone del recipiente pequeño con tapón descorchable al cabo de una hora, el motivo de que salga el gas del recipiente pequeño, es que la presión de este recipiente es superior a la del recipiente grande, esto es evidente.

Ahora bien, suponiendo al recipiente mayor aislado del entorno, se podría determinar cuantitativamente el aumento de entropía que se ha generado en el proceso de expansión. Al confirmar este aumento de entropía, se llegaría a la conclusión de que el proceso es irreversible, es decir que solo va en el sentido que hemos experimentado.

Por cierto, Pola, hace unos días encontré en la biblioteca pública, un libro con formato de Manual, que va muy bien para fijar conceptos básicos:
"Nociones fundamentales de Termodinámica" (Anaya), de Mariano Sidrach de Cardona y José Antonio Molina. Te lo recomiendo.

Saludos cordiales,
JCB.

[Pola]

Gracias, JCB.

Pues tu respuesta, aunque mas consistente y por otros derroteros, va en el mismo sentido de lo que yo decía al presentar mi duda.

Yo lo defendía desde el punto de vista del aumento de presión en el recipiente pequeño (según se fuera rellenando de gas) y tu lo haces de forma más sólida, como una disminución de la entropia, que parecería bastante extraña...

Te agradezco la respuesta y la referencia del libro. Voy a ver si puedo hacerme con él.

Un saludo.