Hemos aprendido un poco sobre termodinámica, que es el estudio de calor y energía térmica.
Pero el campo más general es el campo de mecánica estadística.
Mecánica estadística es un marco general
que muestra cómo propiedades macroscópicas como calor surgen debido a las acciones estadisticas
o la mecánica de un gran número de componentes microscópicos como átomos o moléculas
Vimos un ejemplo de esto con nuestro modelo de gas en NetLogo
Imagina que este es un cuarto lleno de aire donde cada uno de los pequeños círculos
son diferentes moléculas moviéndose a diferentes velocidades
Una propiedad macroscópica de este cuarto lleno de aire sería
la temperatura o presión en el cuarto, que estudia la termodinámica
Una propiedad microscópica, que es la mecánica, serían
las posiciones y las velocidades de las moléculas de aire,
y todas las fuerzas que actúan sobre ellas
La mecánica estadística une estos dos extremos y podría decirnos
cómo la estadística de las posiciones y las velocidades de las moléculas
dan origen a la temperatura y la presión, etc.
Es decir, cómo la estadística de propiedades microscópicas da lugar a propiedades macroscópicas.
Ahora podemos hablar de diferentes nociones de entropía en termodinámica y mecánica estadística.
En termodinámica, como dijimos anteriormente,
entropía mide la cantidad de pérdida de calor cuando la energía se transforma en trabajo
es decir, en hacer cosas útiles.
Esta noción de entropía fue primero propuesta por Rudolf Clausius,
científico alemán quien trabajo en los años de 1800.
La idea es que la pérdida de calor es una forma de desorden en el sistema.
El sistema esta transformando energía de una forma a otra,
cómo la energía de las calorías a energía mecánica.
Y esto es muy ordenado, pero hay algo de desorden en el sistema, que emite calor
Esta teoría de Clausius era específica para el calor.
Lo que la mecánica estadística hace es generalizar esta idea
En mecánica estadística, entropía mide algo más abstracto.
Esto es, el número de posibles microestados que lleva a un macroestado.
Voy a definir estos términos en seguida.
Primero, déjame remarcar que esta noción general
fue desarrollada por el físico austriaco Ludwing Boltzmann,
quien trabajo un poco más tarde que Clausius.
En este punto de vista, el desorden del sistema o entropía
es una función del número de posibles microestados
Vamos a hablar sobre qué significa esto en un minuto.
Pero, voy a remarcar que esto es una teoría más general
que se aplica no solo a calor e incluso, no solo a física,
sino a muchos más campos, como veremos más tarde.
Ahora vamos a desviarnos un poco,
para hablar sobre las nociones del significado de microestados y macroestados.
Para ilustrar ésto, voy a usar como ejemplo una máquina de juego,
y podrás ver la relevancia de esto con lo que hablamos anteriormente.
Esta máquina de juego tiene tres ventanas diferentes.
Cada una contiene uno de cinco frutas diferentes.
Cuando jalas la palanca, introduces una moneda y jalas la palanca,
La rueda gira y se para en una fruta, una fruta en particular al azar.
Podemos decir que el microestado de esta máquina
es la configuración especifica de las tres frutas en ese order.
El microestado en esta imagen es cereza- limón-manzana
Otra posibilidad podría ser, manzana-pera-naranja en un turno diferente
Es importante para ti, notar que un microestado aquí es un triple valor de frutas,
no valores individuales de frutas.
Es decir, cereza-limón-manzana es un microestado, pero cereza por sí sola no sería un microestado.
Un microestado aquí es una descripción del estado de la máquina de juego: qué frutas tienen sus ventanas
Un macroestado es una colección o serie de microestados
Un ejemplo podría ser los llamados macroestados "ganadores"
que corresponde a la colección de todos los microestados que tienen tres frutas iguales.
Por ejemplo, si tienes cereza-cereza-cereza, entonces ganas.
Y, la máquina te devolvería algo de dinero
Otro ejemplo podría ser limón-limón-limón.
Ahora, déjame plantearte dos preguntas.
Primero, ¿cuántos microestados dan lugar al macroestado “ganador”?
Y, la seguna es ¿cuántos microestados dan lugar al macroestado “perdedor”?
Es decir, el macroestado “perdedor” es la colección de todos los microestados que no ganan.
éstas no son exactamente preguntas de la trivia porque no espero que todos encuentren la respuesta.
Pero voy a preguntarlos porque algunos de ustedes podrán encontrarlas.
Vamos a llamarlas preguntas-desafios.
Si no puedes resolverlas, sólo sigue con el siguiente video donde explico cómo hacerlo.