Primero se estudia la distribución espacial de 10 moléculas. Después se cuentan las formas de repartir la energía para comprender por qué no se restablece la diferencia de temperatura inicial.
Cambiar las condiciones:
Cambiar los valores con el control deslizante
平衡状態で、10個全部が左にいる確率は？
左側が箱全体の90％の体積なら、10個全部が左にいる確率は？
Explicar el fenómeno a partir de las ecuaciones
1La temperatura se interpreta a partir del movimiento molecular½ m ⟨v²⟩=(32) k T……
2El contacto permite igualar las temperaturasTalta→T←Tbaja……
El análisis se limita a situaciones sin cambios de estado y en las que el calor específico puede considerarse constante. Se desprecia el trabajo asociado al cambio de volumen del agua.Durante un cambio de estado, como la fusión o la ebullición, esta ecuación no se utiliza para calcular un aumento de temperatura.
3Se establece la relación entre la variación de temperatura y la cantidad de calorQ=m c ΔT……
Se desprecian el intercambio de calor con el exterior y el calor absorbido por el recipiente. Ambas porciones son agua y su calor específico se considera constante.
4Se calcula la temperatura de la mezclam₁ c (T₁ − T)=m₂ c (T − T₂)……
5Al calentar hielo se observan los cambios de estadoQ=m L……
6El calor permite obtener trabajoW=Qentrada−Qsalida……
7Se determina el rendimientoe=1 − QsalidaQentrada＜1……
8Se calcula la probabilidad de que todas las moléculas estén a la izquierda en equilibrioP(todas a la izquierda)=(12)N……
9Se calcula la probabilidad al aumentar el número de moléculas(12)100=7.9×10⁻³¹……
10Se cuentan las formas de repartir la energíaΩ=ΩA(qA)×ΩB(q − qA)……
11Se explica el sentido de la transferencia espontánea de calorTalta→Tbaja……
Lo aprendido en este capítulo
La probabilidad de que las 10 moléculas estén a la izquierda es 1 de cada 1024. Al aumentar el número de moléculas, esa probabilidad disminuye rápidamente. Del mismo modo, los repartos de energía que restablecerían la diferencia de temperatura son abrumadoramente menos numerosos que los correspondientes a temperaturas iguales. En los cuerpos con muchas moléculas, en la práctica no se observa un retorno a la diferencia de temperatura inicial.
0.098％Las 10 moléculas están a la izquierda en una caja dividida en volúmenes iguales
Si el volumen de la izquierda es el 90％ del total, la probabilidad de que las 10 moléculas estén a la izquierda es aproximadamente el 35％.
En la vida cotidianaEl aroma de un perfume se difunde por la habitación, pero no vuelve a concentrarse en el frasco.
Resumen detallado
La temperatura mide la agitación de las moléculas, y el calor es la energía que se transfiere de una molécula a otra mediante colisiones. Por ello, la cantidad de calor se conserva y las temperaturas de los cuerpos en contacto tienden a igualarse. El proceso no se invierte porque las formas de distribuir la energía que corresponden a la diferencia de temperatura inicial son demasiado escasas. El hecho de que una máquina térmica no pueda convertir todo el calor en trabajo también se deriva del mismo segundo principio de la termodinámica.
Recordar
左右の体積が等しい箱で分子を20個にすると、全部が左にいる確率は10個のときの何倍？
容器や外へ熱が逃げないとき、80 °C のお湯200 gに20 °C の水100 gを混ぜると何°C？