CIENCIA EN LA LAVADORA

La lavadora, ese aparato capaz de hacer ciencia

 

Para hablar de entropía, como medida del desorden universal, se me hace necesario hablar de termodinámica.

 

La segunda ley de termodinámica establece la irreversibilidad de los fenómenos físicos, especialmente durante el intercambio de calor.

 

Aún pudiéndose formular de infinitas maneras, todas y cada una de ellas llega a la misma conclusión, haciéndose imperativo el concepto de irreversibilidad y de entropía.

La entropía de un sistema es una magnitud física abstracta que la mecánica estadística identifica con el grado de desorden molecular interno de un sistema físico.

 

Vale, y eso ¿qué coño significa?

 

Que el Universo, en su infinita sabiduría es capaz de generar el desorden de la materia y la energía de un sistema.

Y el Universo hace de las suyas cuando, por ejemplo, pones una lavadora.

El agua es más entrópica si se calienta

 

Con esto quiero decir que:

  1. El agua en estado líquido, tiene sus moléculas bien juntitas y ordenadas, lo que le hace tomar la forma del recipiente temporalmente.
  2. El agua, en estado gaseoso, no. Al evaporarse, sus moléculas se dispersan alejándose unas de otras, hasta rellenar la totalidad el espacio contenedor.

Reacción exotérmica:

Cuando se produce una reacción química, ésta puede liberar energía en forma de calor.

Aumentando la temperatura del sistema.

 

Reacción endotérmica:

Pero, a veces, producir la reacción, conlleva el uso de una fuente externa de energía.

Lo ideal, sería extraer de la energía térmica del mismo sistema. Lo que originaría una disminución de temperatura.

El primer principio de la termodinámica dictamina que la materia (y/o energía) no se crea ni se destruye, sino que se transforma.

Estableciendo el sentido para que se produzca tal transformación.

Pero esto no es del todo cierto.

No, al menos, en sistemas de tamaño atomísticos, sometidos a fluctuaciones cuánticas o fenómenos sobre escalas temporales muy breves (hablamos de femptosegundos o picosegundos).

La Termodinámica sólo trabaja con las propiedades macroscópicas de los sistemas.

Entonces…

Necesitamos una propiedad macroscópica, que constituya una medida del desorden de las partículas de un sistema.

Y, a esa magnitud, llamamos entropía (S).

La entropía será mayor, conforme mayor sea la cantidad de sustancia.

A mayor número de partículas, más dificil se torna conocer las propiedades de un conjunto de partículas.

Nuevo principio, toma 2

Por lo que se hace necesario crear un segundo principio de la termodinámica, que viene a unificar parámetros como: la temperatura o la propia entropía, en estados de equilibrio.

Todo proceso que ocurre de forma espontánea, produce un aumento de entropía del Universo (ΔSU ≥ 0).

A ver, que también puede producirse una disminución de entropía en un sistema, pero la del entorno aumentará como mínimo en la misma proporción.

Una reacción será espontánea si es exotérmica.

Aunque, también, existen procesos físicos (y químicos) que se producen espontáneamente siendo endotérmicos.

Principio de la termodinámica, toma 3

Hemos quedado en que la entalpía no se puede medir, pero la entropía sí.

Es decir, podemos calcular el valor de la entropía de una sustancia, cuando la sometemos a una temperatura y presión determinadas.

Entropía molar estándar: 

A diferencia de la energía interna o de la entalpía, es posible conocer el valor de la entropía de una sustancia a una temperatura y presión determinadas.

  • La entropía de un elemento puro, en su forma condensada estable (formando una red sólida cristalina sin defectos), es cero cuando la temperatura tiende a cero.
  • La entropía molare estándar es positivas.

Pero no puede alcanzar un estado de orden absoluto, con entropía cero, porque no existe el cero absoluto en temperatura.

Qué ocurre al poner una lavadora

 

Si no sabes lo que es, aquí te explico su funcionamiento.

En un estado de equilibrio, los valores que toman los parámetros característicos de un sistema termodinámico aislado, son tales que maximizan el valor de una cierta magnitud que está en función de dichos parámetros, llamada entropía.

Ahora supongamos que la lavadora es un sistema de equilibrio aislado.

Que, durante su estancia de inactividad en tu cocina, este aparato no se aleja del equilibrio termodinámico.

 

Si extraemos el tiempo T, como variable de la termodinámica axiomática, entra en juego la entropía S, el desorden del universo.

Porque la entropía no puede ser una función del tiempo, por lo que hablar de variaciones de la misma (en el tiempo) es teóricamente incorrecto.

 

La lavadora pasa por infinitos estados intermedios de equilibrio, obligando a introducir el tiempo T, como parámetro.

Esto explicaría por qué, cuando metes 4 calcetines parejos, idénticos a primera vista, pueden salir 4 calcetines diferentes, en tamaño, consistencia y color.

 

¿Pero cómo?

 

En mecánica estadística

La Termodinámica no ofrece ninguna interpretación física de lo que es la entropía.

Entropía es:

Una función matemática que toma su máximo valor para cada estado de equilibrio.

Pero, la habitual identificación de entropía con desorden molecular proviene de una (muy simplificada) interpretación de los resultados de la mecánica estadística.

 

El formalismo microcanónico de la mecánica estadística.

 

Vamos, la interpretación microcanónica de la entropía, con base en el segundo principio de la termodinámica.

La ecuación fundamental de un sistema cerrado termodinámico en equilibrio puede expresarse como:

formulación de entropía estadística

Donde S representa la entropía del sistema

U la energía interna del sistema

N1, N2… etc. el número de moles de cada componente del sistema.

Los calcetines no desaparecen, porque la materia ni se crea ni de destruye, se los traga la lavadora, como demuestra el vídeo de abajo.

Reproducir vídeo

¿Cómo se ha descubierto el mayor misterio del marujismo?

la lavadora se come los calcetines

Ver aquí

Y ahora…

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