Termodinámica
Parte de la física que estudia las transformaciones de la energía.
Anteriormente, se la definía como la ciencia que “estudia las relaciones entre el calor y las otras formas de energía”.
- Primer Principio de la Termodinámica (de CARNOT)
- La energía no puede ser creada, ni destruida (M. CEREIJIDO - O.E. y D., p. 42).
- El Primer Principio puede también enunciarse:
“La energía total del Universo es constante”
- (M. CEREIJIDO, p. 42). Ello implica el postulado según el cual el Universo es un sistema aislado, lo que puede aceptarse o rechazarse.
- Ello, sin embargo, no impide que la distribución de la energía se transforme.
- Segundo Principio de la Termodinámica (de CLAUSIUS)
- En un sistema aislado, cualquier cambio espontáneo va acompañado de un aumento de entropía (M. CEREIJIDO - O.E. y D., p. 43).
- En otros términos, la cantidad de energía utilizable para hacer un trabajo disminuye con el tiempo, y la que ya no es utilizable aumenta. Se dice que la calidad de la energía se degrada.
- BOLTZMANN introdujo un concepto estadístico del 2do. Principio: El máximo de entropía en un sistema aislado corresponde a la isorepartición de la energía entre todas sus moléculas. (Por ejemplo, en un gas en estado isotérmico, donde subsiste sólo una agitación molecular aleatoria evidenciada por el movimiento browniano).
- Duende de MAXWELL (Paradoja del)
- El físico escocés James Clark MAXWELL imaginó la paradoja siguiente, que torturó a dos generaciones de físicos, biólogos y filósofos de la Ciencia: Supongamos un recipiente que contiene un gas, y que está dividido en dos secciones A y B por un tabique con una abertura. Un “duende”, capaz de distinguir individualmente las moléculas, abre o cierra esta abertura, dejando pasar, selectivamente, las moléculas más rápidas de A hacia B, y las más lentas de B hacia A. Se obtendrá así, sin trabajo, un aumento de la presión de B, y una disminución de la de A. Ello contradice al Segundo Principio de la Termodinámica.
- Dice ATLAN (O.B.T.I., p. 186):
“Generaciones de físicos trataron de resolver esta paradoja, buscando lo que imposibilitaba semejante dispositivo. BRILLOUIN, retomando y desarrollando un estudio anterior de SZILARD... muestra que el duende puede distinguir individualmente las moléculas sólo si las “ve” o sea si utiliza una interacción de la luz con las moléculas. Ello exige absorción de energía (como mínimo E = hv, energía de un fotón, por molécula), de lo cual resulta un crecimiento de la entropía S = $ \frac{E}{T} $
- Por otra parte, a la información adquirida corresponde una disminución del número de ‘complejos’ posibles y, por lo tanto, un aumento de la neguentropía... que se manifiesta por la separación del gas caliente y del gas frío... Sin embargo, el Segundo Principio no se encuentra desvirtuado, ya que esa disminución de entropía se compensa con el aumento de ésta, que acompaña el intercambio de energía entre el duende y el supra-sistema”.
- Nótese que el duende se informa, lo cual implica:
- que la obtención de información “cuesta” entropía
- que la información tiene una estrecha relación con la neguentropía, o sea el aumento de la organización en el sistema.
- Para una discusión profundizada de la Paradoja del duende de James Clark MAXWELL, ver León BRILLOUIN (S.T.I.).
- Entropía
- 1) Medida de la progresión del sistema hacia el estado de máximo desorden, o sea de igualación estadística máxima del estado energético de sus elementos (L. v. BERTALANFFY - T.G.S., p. 39).
“La entropía S es proporcional a la información I, que necesitamos para saber en qué microestado está el sistema” (M. CEREIJIDO - O.E. y D., p. 51).
“El estado de equilibrio tiene más microestados que cualquier otro estado” (M. CEREIJIDO - O.E. y D., p. 50). En el estado de mayor equilibrio, la energía está repartida uniformemente entre todos los microestados del sistema, lo cual implica:
- que el sistema no tiene estructuras diferenciadas
- que no cumple ningún proceso coherente
- que se necesitaría un máximo de información para conocerlo con precisión.
- Las dos primeras características implican que, de hecho, el sistema ha dejado de existir.
- J. SINGH señala que:
“El máximo orden interno u organización tiene una probabilidad termodinámica mínima” (T.I.L.C., p. 88).
- Acerca del comentario relativo a la necesidad de información para conocer el estado del sistema, debe tenerse en cuenta la intrusión del observador como parte del fenómeno. Se repite así la situación que apareció con la teoría de la relatividad y la física cuántica.
- Neguentropía
- Medida del ordenamiento, estable o creciente, de un sistema que utiliza energía recibida de su entorno para disminuir su conexidad interna.
- La neguentropía es la contraparte de la entropía. Se manifiesta en los sistemas organizados y crece cuando se organizan más, o sea cuando el número de las interrelaciones internas posibles entre sus elementos decrece, al punto de permitir la aparición de determinismos funcionales internos, que alejan al sistema de la igualación aleatoria máxima de los estados de sus elementos.
- Dice León BRILLOUIN:
“Evidentemente, el sistema no está aislado: la entropía decrece cuando se obtiene la información que permite reducir el número de conexiones, y esta información debe ser proporcionada por algún agente externo, cuya entropía aumentará” (L. BRILLOUIN - S.T.I., p. 152).
- La relación entre la neguentropía y la información gira alrededor de la diferencia entre “información libre” e “información ligada”, tales como las caracteriza BRILLOUIN.
- La información libre es la que no se ha usado aún. Se transforma en información ligada cuando se comunica de un informante a un informado, con varias posibilidades de degradación.
- En síntesis, la neguentropía equivale a un potencial de acción y de organización (L. BRILLOUIN - S.T.I., p. 153).
- Neguentropía (Principio de) de la información
- Una observación produce una información ΔI que puede ser medida y comparada con el incremento de la entropía ΔS durante la experiencia. El resultado neto es:
- ΔS = ΔI
- y también, en términos de neguentropía, N:
- ΔN = - ΔS
- (L. BRILLOUIN - S.T.I., p. 304).