Recetas para preservarse en la eternidad: NO PUDRIRSE NO SER COMIDO NO CONVERGER AL EQUILIBRIO

1. Idea I: Una rareza casi definitoria de los sistemas biológicos, es que perduran fuera del equilibrio

2. BOMBAS: Sistema activo – que utiliza energía- para mantener el orden a alta temperatura • Recetas para preservarse en la eternidad: • NO PUDRIRSE • NO SER COMIDO • NO CONVERGER AL EQUILIBRIO • (porque la vida se trata de eso - de perdurar lejos del equilibrio) Bajar la “temperatura”

3. 1000 años después, preservado por el vació y el frió, Frank Poole es resucitado

4. Idea II: Perdurar fuera del equilibrio cuesta energía.

5. Se coloca un cristal de azúcar en una de las mitades La maquina de transducción osmótica adaptada de la adaptación de Nelson (y la vuelta de una vieja amiga) (Agua, no comprensible) Jacobus Henricus van 't Hoff (Primer Premio Nobel de Química)

6. La maquina de transducción osmótica adaptada de la adaptación de Nelson (y la vuelta de una vieja amiga) ¿ Cual es la fuente de energía mecánica?

7. La maquina de transducción osmótica adaptada de la adaptación de Nelson (y la vuelta de una vieja amiga) Recordar (para algún momento) mas adelante: La osmosis establece un mecanismo de “conversión” de “energía” en “orden” reversible. ¿Cuál es un ejemplo de conversión irreversible?

8. F Falto pasar de esto a una energía: U-TS cuya minimización corresponde al estado de equilibrio Ley de Fick ¿A que se parece esto, que veríamos algunas semanas después?

9. Idea III: Las cosas obvias no siempre lo fueron entender la historia de la génesis de estas ideas devela a veces su razón de ser.

10. 1 ) La erradicación de los mitos: La naturaleza del vació Otto von Guericke (1650) Aristóteles: “La naturaleza aborrece el vació”. Entendido el vació, entendida la presión

11. 4 ) La formalización de conceptos (más mitos) El calor, el “calorum” y la energia. Antoine Lavoisier (1743) Nous savons que tous les corps de la nature sont plongés dans le calorique, et qu’il remplit tous les intervalles que laissent entre elles leurs molécules ... il exerce sur elles une force répulsive, et que c’est de son action ou de son accumulation plus ou moins grande que dépend le passage des corps de l’état solide à l’état liquide.

12. LA MAQUINA DE CARNOT: Entendiendo la segunda ley sin entender la primera. (las mejores ideas “equivocadas”) La producción de potencia motora (puissance motrice) en maquinas de vapor no se debe al consumo de calórico sino a su transporte de una fuente caliente a una fuente fría. Por analogía, cuanto mayor es la diferencia de temperaturas mayor la eficiencia de la maquina. ¡Esto de hecho es cierto!

13. La formalización de conceptos Las ideas de Carnot en una descripción adecuada James Joule (1818) “the mechanical power exerted in turning a magneto-electric machine is converted into the heat evolved by the passage of the currents of induction through its coils”

14. Idea IV: La mera existencia de la termodinámica, de una fisica heuristica de los sistemas macroscópicos es un hecho notable. Carnot = Freud. El ejercicio de las relaciones, presión, volumen, temperatura, para gases y mas gases, calores específicos en geometrías varias. El ejercicio que no hicimos.

16. Distintos cortes de la misma ecuación: I. Compresión a temperatura constante EL BAÑO TERMICO ABSORBE ENERGIA EN ESTE PROCESO. ¿DE QUIEN? ASUMIR QUE LA TEMPERATURA ES CONSTANTE ES UNA APROXIMACION PARTICULARMENTE CUESTIONADA EN ESTOS DIAS…

17. Distintos cortes de la misma ecuación: • Compresión adiabática Esto vale en un gas monoatómico. Si parte de la energía de compresión NO SE TRANSFIERE a cinética, gama se acerca mas a 1. ¿El gas es ideal? Si es ideal, que sucede con la ecuación PV=NkT.

18. Una expansión del mismo volumen (del mismo gas) resulta en menos trabajo cuando este perdió presión Constantes y variables: El ejercicio (a veces difícil) de saber que depende de que … Ergo, temperatura se relaciona con la presión y el volumen, y estos con el trabajo y estos (JOULE JOULE QUE GRANDE SOS) con el calor. Todo queda en familia. Las ecuaciones están servidas, faltan amasarlas. Y en eso (en realidad antes de eso) llego Carnot Esta ecuación justo es bastante fácil de integrar analíticamente. Esto suele ser raro en la “no idealidad” del laboratorio.

19. Idea V (Larga y Laboriosa) Termodinámica Clásica. La maquina de Carnot. Concepción de una maquina térmica –toma calor y genere trabajo. Y de sus limites: parte de este calor ha de ser dispensado a una fuente mas fría. La emergencia de la segunda ley, de la irreversibilidad y de la entropía.

20. CARNOT VISTO DESDE EL POST JOULISMO: Conservación de energía, emergencia de la 2da ley. Sadi Carnot (1824)

21. LA MAQUINA DE CARNOT: La secuencia de ciclos T1 Q1  W1 Q1 W=W2-W1 Q2 T2 W2  Q2 • El resultado del ciclo es: • Se extrajo Q1 de la fuente caliente • Se tranfirio calor Q2 (menos que Q1) a la fuente fria • Se genero trabajo por la diferencia de calores W=Q1-Q2

22. T1 Q1 W Q2 T2 LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL REVES T1 Q1 W Q2 T2 El motor de Carnot La heladera de Carnot

23. LA SEGUNDA LEY VISTA A TRAVES DE LAS MAQUINAS DE CARNOT T1 Q1 Kelvin’s way W Q2 NO PUEDE SER CERO. SE PUEDE GENERAR TRABAJO A PARTIR DEL CALOR, PERO ES NECESARIO TRANSFERIR PARTE DE ESTE CALOR A UNA FUENTE FRIA. Q2 T2 El motor de Carnot

24. T1 Q1 W Q2 T2 LA SEGUNDA LEY VISTA A TRAVES DE LAS MAQUINAS DE CARNOT Clausius W NO PUEDE SER CERO. NO SE PUEDE TRANSFERIR (SIN INYECTAR TRABAJO) CALOR DE UNA FUENTE FRIA A UNA FUENTE CALIENTE La heladera de Carnot

25. T1 Q1 W Q2 T2 FLUJO DE Q DE FUENTE CALIENTE A FRIA (PERMITIDO) PERO NO TIENE VUELTA PROCESOS IRREVERSIBLES: Aquellos cuya vuelta (sin sacar energía de algún otro lado) es imposible por la segunda ley. T1 Q1 W Q2 T2 CONVERSION DE TRABAJO EN CALOR FRICCION (PERMITIDO) PERO NO TIENE VUELTA

26. A esta cantidad se la llama entropía y el resultado puede expresarse como: “no hay variación de energía en un ciclo reversible” LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL REVES T1 En este ciclo Q1-Q2=W y por ende, se conserva la cantidad Q1 Esto es la primer ley y nos dice que la energía se conserva. W Hay otra cantidad que se conserva: Q2 T2 El motor de Carnot

27. LA MAQUINA INFINITA T1 ¿qué me impide ciclar el ciclo de Carnot ad eternum? No será la maquina perfecta pero le puedo dar vueltas y vueltas y seguir sacando trabajo de una parte del calor. Q1 W Q2 T2 El motor eterno de Carnot: Dele las vueltas que sea necesarias para el trabajo que se le antoje.

28. “MULTIVAC”: LA ULTIMA PREGUNTA

30. Idea VI: La segunda ley sugiere que hay transformaciones irreversibles. En nuestra jerga esto no es que la vuelta sea imposible sino que la vuelta cueste una moneda que no se gano en la ida. Una noción de conservación extendida.

31. Tres pares de transformaciones. En cada par, una variante es reversible y la otra no. T1 T1 Q Q W T2 Q1 W Q2 T2 REVERSIBILIDAD COMO UN PROBLEMA DE CONSERVACION: ¿DE QUE? SOLUCION (A CASI TODOS LOS PROBLEMAS): ENTROPIA

32. Q1 Q1 ¿cuánto aumenta la entropía si inyecto calor Q1? LA ENTROPIA ES UNA ENERGIA PONDERADA POR 1/T Desordenar (calentar) un cuarto (gas) limpio (a baja temperatura) aumenta mas el desorden del mundo (la entropía) que desordenar un cuarto que ya estaba desordenado.

33. T1 Pierde Entropía Q T2 Gana Entropía SI HAY FRICCION Y POR ENDE CONVERSION DE ENERGIA MECANICA A CALOR SI DOS FUENTES TERMICAS A TEMPERATURAS DISTINTAS SE PONEN EN CONTACTO

34. ¿qué pasa con la entropía si se quita el separador? En un gas ideal, esta ecuación puede integrarse y el resultado es bastante ilustrativo.

35. Trinquete “si genera movimiento” Rueda dentada: Como la de cualquier parrilla “no genera movimiento” Mosquito, o cualquier otra masa liviana. El ratchet: Motor 1 hacia la física estadística Un “molino térmico” T1 EL RESULTADO NETO DE ESTA MAQUINA ES GENERAR MOVIMIENTO (TRABAJO) A PARTIR DE UNA UNICA FUENTE DE TEMPERATURA ¿VIOLA ESTO LA SEGUNDA LEY?

36. El demonio de Maxwell: Información y entropía – la deuda pendiente El demonio abre la puerta cada vez que ve una molécula de gran velocidad. Luego de un rato, sin trabajo (la puerta no disipa energía) se habrá separado el gas en una mitad de temperatura alta y una mitad de temperatura baja. ¿Viola esto la segunda ley?

37. Idea VII: La física estadística constituye el ejemplo mas contundente de reunion una descripción macroscópica con reglas “simples” del mundo macroscópico. Algunos resultados, como el de Einstein, fueron fundamentales a esta gesta. La irreversibilidad es el gran interrogante.

38. Boltzmann: No hay contradicción. Es posible deducir la Segunda Ley de la descripción microscópica. Prigogine: Hay contradicción. La Segunda Ley es correcta. La descripción microscópica es incompleta. Maxwell: Hay contradicción. La descripción microscópica es la correcta. La Segunda Ley es sólo una apariencia Maxwell realmente creía en su demonio: ¿Se puede recuperar el agua volcada al mar?

39. 1 ) Entendimiento microscópico de la termodinámica Una descripción fenomenológica de la materia extensa Thoughts on the Mental Functions (1843) P=Nm<v2> John James Waterson (1811) Bases de la teoría cinética de los gases y del teorema de equiparticion. Puente entre lo microscópico y lo microscópico. James Clerk Maxwell (1873)

40. El mimo modelo predice tambien la difusión y su relación con los parámetros microscópicos del modelo. Predice, por ende, una relación entre viscosidad, difusión y variables termodinámicas que solo lleva álgebra desentrañar. La relación entre fluctuaciones térmicas y resistencia al arrastre queda determinada por “triangulación” con el mundo microscópico. El verdadero poder explicativo y generativo de una teoría. F δ V- V+ • Un modelo microscópico del mundo predice: • La viscosidad • La relación entre la viscosidad y los parámetros heurísticas del modelo (tiempos entre choques ...)

41. Idea VIII: Un modelo molecular sencillo de la difusión (extensible a la difusión forzada) representando la dinámica en un medio con colisiones.. Moverse por un tiempo T, cambiar AL AZAR de dirección y volver a moverse por un tiempo T, y así.... Idea IX: Una caminata al azar es un proceso estocástico. El resultado de una implementación de este proceso no puede determinarse. Sin embargo, la distribución resultante y por ende las propiedades de transporte macroscópicas pueden determinarse con precisión.

42. La carrera entre una partícula a velocidad constante y una caminata al azar.