Am învățat cîte ceva despre termodinamică care este studiul căldurii și al energiei termice
Dar un domeniu mai general este cel al mecanicii statisistice.
Mecanica statisitică este cadrul general
în care se arată cum proprietățile microscopice precum căldura iau naștere din acțiunile măsurate statistic
sau din acțiunile mecanice ale unui număr mare de componente microscopice precum atomii sau moleculele.
Am văzut un exemplu pentru acest fenomen cu ajutorul modelului nostru NetLogo cu gaz.
Imaginați-vă că aceasta este o cameră plină cu aer, iar fiecare dintre aceste bile mici
sunt molecule de aer care se mișcă cu viteze diferite.
O proprietate microscopică a acestei camere pline cu aer ar fii
temperatura sau presiunea din cameră din punctul de vedere al termodinamicii.
O proprietate microscopică din punctul de vedere al mecanicii ar fii
poziția și viteza moleculelor de aer,
și dacă vreți toate forțele care acționează asupra lor.
Mecanica statistică unește aceste două extreme și ne spune cum
statisticile privind pozițiile și vitezele moleculelor
determină creșteri în temperatură și presiune, etc.
Deci este vorba despre felul în care statisticile privind proprietțile microscopice dau naștere unor porprietăți macroscopice.
Acum putem vorbi de diferitele noțiuni privind entropia în termodinamică și în mecanica stistică.
În termodinamică, am discutat deja,
entropia măsoară cantitatea de căldură care se pierde când energia se transferă unui proces de muncă,
adică, către a face lucruri utile.
Noțiunea de entropie a fost prima dată propusă de Rudolf Clausius,
un om de știință german din 1800.
Ideea era că pierderea de căldură reprezintă o dezordine în sistem.
Sistewmul transformă o anumită formă de energie într-o altfel de energie,
precum energia obținută din calorii transformată în energie mecanică.
Acesta este un proces ordonat dar se produce dezordine în sistem care se încălzește.
Teoria lui Clausius era specifică pentru căldură.
Ce face mecanica statistică este să generalizeze această idee.
În mecanica statistică entropia măsoară ceva mult mai abstract.
Este numărul de micro-stări posibile care duc spre o macro-stare.
Voi defini acești termeni pe parcurs.
În primul rând, vreau să precizez că această noțiune mai generală
a fost elaborată de fizicianul austriac Ludwig Boltzmann,
care și desfășurat munca ceva mai târziu decât Clausius.
Acum, din acest punct de vedere, dezordinea din sistem și anume entropia
este o funcție privind numărul de micro-stări posibile.
O să discutăm despre ce înseamnă acest lucru în scurt timp.
Am precizat că aceasta este o teorie mai generală
care se aplică nu doar pentru căldură și nu doar în fizică,
ci este folosită în multe alte domenii după cum vom vedea ceva mai încolo.
Acum ne îndepărtăm puțin de subiect
și vă voi explica termenii de ”micro-stare” și ”macro-stare”.
Pentru acest lucru voi folosi un automat cu fante,
și veți vedea care este relevanța sa ceva mai încolo.
Automatul are trei ferestre diferite.
Ficare conține un fruct dintre cele cinic fructe diferite existente.
Și când trageți de levier, introduceți o monedă și trageți de levier,
roata se învârte și ajunge la un anume fruct în mod aleatoriu.
Putem spune că o micro-stare a mașinii este reprezentată de configurația ferstrelor,
ceea ce înseamnă o configurașie specifică a trei fructe într-o anumită ordine.
Micro starea din această poză este tripleta cireașă-lămâie-măr.
O altă posibilitatea ar fii, să spunem, măr-pară-portocală la o altă tragere de levier.
Este important să observați o micro-stare este formată dintr-o valoare triplă a fructelor.
nu din valoarea unui fruct individual.
O micro-stare este cireașă-lămâie-măr dar o cireașă singură nu este o micro-stare.
O micro-stare esate o descriere a stării în care se găsește automatul cu fante - ce fructe sunt arătate în ferestrele sale.
O macro-stare este o colecție sau un set de micro-stări
Un exeplu ar fii ceea ce numim o macro-stare Câștigătoare,
care este o colecție din toate micro-stările care sunt arată trei fructe identice.
De exemplu, dacă aveți cireașă-cireașă-cireașă, atunci ați câștigat.
Iar automatul vă dă niște bani înapoi.
Alt exemplu ar fii: lămîie-lămîie-lămîie.
Acum vă pun două întrebări.
Prima: de câte micro-stări este nevoie ca să apară o macro-stare Câștigătoare?
Și a doua: de câte micro-stări este nevoie ca să apară o macro-stare Necâștigătoare?
O macro-stare Necâștigătoare este formată din toate micro-stările care nu sunt câștigătoare.
Aceste întrebări nu fac parte dintr-un test pentru că nu cred că toată lumea va putea să își dea saema care sunt răspunsurile.
Dar le pun totuși pentru că unii dintre voi s-ar putea să știți.
Hai să spunem că întrebările sunt o provocare.
Dacă nu puteți să răspundeți la ele, treceți la următoarea înregistrare în care vă voi explca cum să o faceți.