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Maxwell e a segunda lei da termodinâmica

Transcrição de vídeo

a segunda lei da termodinâmica nos diz que a entropia do universo sempre aumenta a variação entropia do universo ao sofrer qualquer processo é sempre maior ou igual a zero mostramos no vídeo anterior que existem muitas implicações independente da forma de definir entropia seja como igual algumas vezes constantes ao logar ritmo natural do número de estados que o sistema poderia assumir a ou se for definir a avaliação da entropia como igual ao calor acrescentado ao sistema dividido pela temperatura na qual está sendo adicionado qualquer uma dessas descrições combinadas com a segunda lei da termodinâmica nos diz coisas do tipo quando você tem um corpo quente ao lado de um corpo frio vamos supor que este álbum e tem t2 também o calor fluirá do corpo quente para o corpo frio e isso foi demonstrado matematicamente no último vídeo o calor fluirá nessa direção um dos comentadores do último vídeo perguntou se eu podia falar do demônio de maxwell bom eu vou fazê lo por ser um experimento mental interessante que parece desafiar esse princípio parece desafiar a segunda lei da termodinâmica além do nome muito tentador o demônio de maxwell aparentemente não foi maxwell quem chamou de demônio foi que é alvo todos esses caras se intrometido em tudo portanto o demônio de max este é o mesmo max o famoso pela equação de max obviamente ele lidou com muitas coisas de fato ele foi o primeiro a gerar uma imagem colorida isso acontecia em meados dos anos 1800 mas o que é o demônio de maxwell quando dizemos que algo tem uma temperatura mais alta do que outra coisa o que estamos de fato dizendo estamos dizendo que a energia cinética média das moléculas se chocando aqui a energia cinética média das moléculas aqui é maior do que a energia cinética média das moléculas aqui falei sua energia cinética média já falamos sobre isso várias vezes a temperatura é um macro estado sabemos que há um nível micro todas essas moléculas têm velocidades diferentes estão se chocando umas contra as outras transferindo impulso umas para as outras essa molécula poderia super rápido naquela direção essa molécula poderia na verdade está se movendo devagar essa molécula poderia super rápido desta forma essa poderia estar se movendo bastante devagar poderíamos desenhar até uma distribuição sabendo todos os micro estados podemos desenhar um pequeno histograma para ter um vamos supor que estejamos na escala kelvin poderíamos dizer que a temperatura média está aqui mas há uma distribuição inteira de partículas vamos supor que esse é o número de partículas bom não colocaria uma escala lhe dá pra ter uma idéia tem muitas partículas em ter um mas tem partículas que poderiam estar muito perto do zero absoluto quer dizer seria um pouquíssimas tem muitas partículas em 31 e tem muitas partículas que poderiam ter uma energia cinética maior do que têm um maior que a energia cinética média talvez seja essa aqui talvez essa partícula tenha quase nenhuma energia cinética isso significa que é uma partícula quase completamente parado em algum lugar portanto a toda a distribuição de partículas da mesma forma o sistema t2 em média essas moléculas tem uma energia cinética menor mas pode haver aqui uma partícula que tenha uma energia cinética muito alta a maioria delas em média têm uma energia cinética mais baixa se eu fosse desenhar a distribuição de t2 a energia cinética média seria menor mas a distribuição seria algo parecido não pode ir para trás assim pode parecer com isso talvez seja algo parecido com isso vou tentar de uma maneira um pouco diferente vou usar a mesma altura talvez seja parecido com isso certo repare existem algumas moléculas em t1 que estão abaixo da energia cinética média de 2 certo tem essas moléculas aqui são essas moléculas lentas aqui e repare em algumas moléculas 22 com uma energia cinética maior que a média entre 1 e 1 são essas moléculas aqui as moléculas rápidas em t2 mesmo que o sistema t2 seja entre aspas mais frio tem uma energia cinética média menor tem algumas moléculas se for olhar para o micro estado que de fato se movem muito rapidamente e tem algumas moléculas que se movem muito lentamente então max ou pensou o que aconteceria se existisse e na verdade ele não usou a palavra demônio mas nós vamos usar a palavra demônio porque parece muito interessante entanto metafísica mas de fato não é o que aconteceria se existisse um vamos chamá-lo de demônio como um alçapão aqui bom vou fazer um desenho um pouco mais claro portanto esses dois sistemas vamos supor que sejam isolados vamos supor que sejam separados um do outro este é o de um onde tem muitas partículas com energia cinética diferentes e aqui tem um t2 estou desenhando separados e talvez eles estejam ligados apenas por essa conexão bem aqui e 2 essas moléculas tem uma energia cinética mais lenta e o que max ou em seu pequeno experimento mental fez foi supor que tem uma molécula responsável por uma porta ou talvez seja essa porta bem aqui e que essa molécula tem um controle sobre essa porta e sempre que uma partícula muito rápido em t2 uma dessas partículas aqui chegar perto da porta vamos supor que seja aquela molécula lá ela está indo super rápido e tem uma energia cinética super alta está indo diretamente para a porta então o demônio diz estou vendo aquela molécula está indo para a porta o demônio vai levantar e discutir ilha e vai permitir que a partícula entre no t1 então depois de levantar e discutir essa partícula vai continuar avançando até chegar no t1 e depois o demônio fecha discutida novamente porque o que ele quer são as partículas rápidas vão de 2 para tem um e quando o demônio de uma partícula lenta uma pequena partícula chegando aqui uma dessas partículas aqui embaixo o demônio abriu um alçapão novamente permitindo lhe avançar e depois essa partícula aparece aqui então se o demônio simplesmente continuar fazendo isso como é que será no final bem no final você vai separar que pode demorar um pouco mas você vai separar todas as partículas lentas vou fazer o limite em marrom porque agora não está claro vamos falar um pouco sobre isso então esse é o limite essa é a porta e o que vai acontecer no final todas essas partículas rápidas algumas delas serão as partículas rápidas iniciais que estão em um certo algumas partículas iniciais rápidas em t1 que estarão indo desse lado da barreira bom vou desenhar para ter certeza que você não vai confundir esses dois desenhos essa é uma outra imagem todas as partículas rápidas de dois estarão também empresas lá porque eventualmente todas vão chegar perto dessa porta se você esperar o suficiente então essa partícula também terá muito o que inicialmente no lado t2 da barreira essas partículas também estarão lá então você vai ter muitas partículas rápidas da mesma forma todas as partículas lentas de dois ficarão desse lado da barreira então essas são as partículas lentas e ele teria deixado todas as partículas lentas t1 deveria chamá las mais de um ano chamá las de lado um partículas do lado um aqui partículas lentas do lado um então o que acabou de acontecer aqui esse foi o corpo quente esse foi o corpo frio a segunda lei da termodinâmica nos teria dito que o calor teria ido daqui para aqui dessa forma os corpos quentes devem ficar mais frios e os corpos christi devem ficar mais quentes mas a usar uma figura um pouco demoníaca ele fez com que o corpo quente fique mais quente certo agora a energia cinética média aqui é até maior ele transferiu todas essas partículas com energia cinética alta para essa distribuição por isso agora essa distribuição será parecida a maneira como você poderia pensar a respeito disso se você transferir se todas essas partículas para essa partícula aqui a distribuição será parecida com isso deixa me ver se consigo fazê lo será parecida com isso para ter um em vez da antiga e p2 ele retirou todas as quentes todas as frias de ter um então essas partículas vão desaparecer elas não estarão mais aqui e ele as adicionou até 2 assim a distribuição de 2 será parecido com isso ele apagou é claro essas partículas de 2 ele retirou todas essas partículas de dois vou apagar isso bem aqui e isso foi a distribuição antiga de t1 agora a distribuição de 2 parece com isso então o p2 a nova média poderia ser algo como aqui então esse é o novo de dois e um novo tem um se moverá um pouco para a direita ea média será mais alta parece que esse demônio violou a segunda lei da termodinâmica vamos dividir isso em compartimentos meus pequenos diagrama se sobrepõe esse exemplo mostra que o cliente ficou mais quente eo frio ficou mais frio o experimento mental de max mostra que violamos a segunda lei da termodinâmica isso foi um verdadeiro enigma durante muitos e muitos anos mesmo nesse século as pessoas meio que acham que é algo estranho aqui ea coisa que não está totalmente certa e eu não vou prová la pra você matematicamente é é um tanto o análogo ao exemplo da geladeira é para ter alguma coisa aqui para ter algo talvez seja um demônio aqui puxando essa pequena porta quando conveniente quando as partículas rápidas estão indo desse lado ou quando as partículas lentas estão indo daquele lado para que ele possa fazê lo corretamente ele vai ter que rastrear todas as partículas quer dizer essas não são esferas são macro esferas são micro moléculas ou átomos ele terá que refletir a luz fora deles ou terá que devolver os elétrons ele terá que rastrear todas essas regiões de partículas que estão aqui e pense nisso e talvez ele deva ter um micro chip de computador supergigante se isso não acontecer em sua cabeça talvez ele deva ter algum micro chip de computador pesado com qual esteja trabalhando isso seria na verdade para o computador fazer isso este seria poder de computação intensivo deixe seu computador funcionar um pouco para sentir um microchip e isso está gerando uma grande quantidade de calor sua luz refletida ou qualquer coisa que ele estiver tentando repercutir das moléculas diferentes a fim de medir o quão rápido elas estão se movendo isso também vai gerar calor ele terá que medir tudo tem muitas coisas acontecendo que ele terá que fazer portanto a resposta atual é e não é fácil provar matematicamente se você realmente quisesse construir um demônio como esse e provavelmente em nosso mundo de hoje você usaria um tipo de computador com algum tipo de sensores pra tentar fazer isso e há pessoas que tentaram fazer isso de uma forma ou outra esse computador e todo esse sistema vai gerar mais entropia portanto delta é se vai gerar mais entropia do que a entropia perdida ao tornar o lado frio mais frio e o lado quente mais quente mas o demônio de maxwell é um experimento mental interessante porque ele dá ideia sobre a diferença entre macro estados e micro estados o que acontece a nível molecular em termos de temperatura e como você pode fazer um corpo frio mais frio e um corpo quente mais quente mas a resposta é de fato não é um paradoxo ou algo parecido quando você pensa sobre a entropia do sistema como um todo você tem que incluir o próprio demônio e se você incluir o próprio demônio ele estará gerando mais entropia cada vez que abrir aquela porta e talvez haja um pouco de energia necessária para abrir a porta mas ele gera mais entropia quando ele faz tudo isso comparado entropia que possa ser perdida quando por exemplo uma dessas partículas levadas a atravessar para esse lado da barreira enfim eu pensei em apresentar a você isso porque é um experimento mental realmente fantástico até o próximo vídeo