Entropia, caos i evolució

ENTROPIA és una paraula d’origen grec (entropos) que significa desordre i dóna lloc a una propietat termodinàmica i estadística molt curiosa. Intentarem explicar què és l’entropia des la perspectiva termodinàmica i com aquesta es pot relacionar amb alguns aspectes quotidians.

L’entropia pot veure’s com una mesura de la aleatorietat o desordre de la matèria a nivell molecular.  Aquesta magnitud ens dóna una mesura específica i determinada del desordre en un sistema ben definit.  S’expressa amb una S i té les unitats (en SI) de [J/K]

Imagen

Adaptat de www.astarmathsandphysics.com

Agafem el següent exemple de la foto: Tenim una caixa amb dos compartiments en el que un conté molècules d’aire. Els vectors (fletxes) representen la direcció  i la velocitat de cada molècula.  Quan obrim el pas cap al compartiment B el gas s’expandirà i tendirà a ocupar tot el volum de la caixa ; l’entropia S2 haurà augmentat respecte la inicial S1 ja que les molècules tindran més espai per moure’s i per tant més trajectòries possibles per recórrer.

Aquesta propietat va permetre formular la segona llei de la termodinàmica.  Aquesta estableix que l’entropia d’un sistema aïllat mai es decrementa ja que els sistemes aïllats evolucionen espontàniament cap a un estat d’equilibri.  Aquesta definició és equivalent a dir:
“L’entropia de l’univers s’incrementa amb el temps”.

∆S_univers>0

Aleshores, podem examinar dos casos:

–          L’entropia augmenta estrictament en processos irreversibles (∆S>0). Processos en que, el sistema i l’entorn, no poden tornar a l’estat anterior. Aquests són tots els processos reals. Llavors es pot dir que la variació d’entropia és una mesura d’irreversibilitats.

–          L’entropia manté el seu valor en processos reversibles (∆S=0) . Processos en que el sistema i l’entorn poden tornar al estat anterior invertint el sentit del procés. Aquests processos també són anomenats isentròpics i són una idealització del món real (ja que sempre hi ha irreversibilitats en forma de frec i dissipació d’energia).

Algun cas pràctic

La variació positiva d’entropia permet explicar molts processos  unidireccionals que es produeixen cada dia. Per exemple..

Els Auriculars màgics. A qui no li ha passat?? Tenim els auriculars ben ordenats.. els posem a la nostra butxaca i.. VOILÀ al cap de pocs minuts els tenim ben liats!! Al posar-los dins la butxaca, els auriculars ordenats s’han traslladat “espontàniament” cap a un estat nou d’equilibri  tot  augmentant la seva entropia.  Sempre passa això? Si!! L’entropia de l’univers augmenta sempre!!

Imagen

El·laboració pròpia a partir de google.images

Aigua en Gel. Emplenem amb aigua de l’aixeta un motlle per glaçons amb entropia S1 i el posem al congelador. Al cap d’un temps l’aigua haurà passat a l’estat sòlid i l’entropia S2 haurà disminuït, ja que les molècules d’aigua en aquest nou estat tindran menys llibertat de moviment. Però un moment, No hem dit que l’entropia augmentava sempre??? Que està passant???
Mirem-ho amb més calma:  el sistema aïllat univers engloba la cuina i al posar aigua al congelador, aquest no fa res més que (efectuant un treball) extreure  calor de l’aigua i cedir-la a la cuina. Aquesta cessió de calor implica un flux d’entropia cap a la cuina. Dit d’una altra manera l’entropia de l’aigua disminueix però l’entropia del aire de la cuina augmenta  perquè  s’ha escalfat, per tant el balanç total es que l’entropia de l’univers (cuina) ha augmentat.

Imagen

 Extret de desktopia.net

L’entropia i l’evolució

La formulació d’entropia engloba el concepte del temps, distingint entre passat i futur. La variació d’entropia actua com una força que estimula el caos, que empeny l’evolució cap endavant sense deixar-la tornar a un estat anterior.  Aquí cal tenir en compte que aquest increment d’entropia NO és realment un aspecte positiu ni implica cap millora sinó que està associat amb les irreversibilitats causades per la dissipació d’energia i pel propi comportament aleatori de les partícules.

 Què podríem fer per disminuir aquest increment d’entropia? -> Ser més eficients, consumir menys i gastar menys per tal de generar menys residus per exemple. Construir màquines cada cop més ideals que minimitzin les pèrdues energètiques podria ser una altra opció.  Algú té més propostes?

 Imagen

                                                                   Adaptat de community.emc.com

M’agradaria agrair l’ajuda del company J. Minguela alhora d’escriure l’article.

José Claret

jclaret.wordpress.com

Tagged with: , , ,
Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: