Entropia e microestados – contar Ω, S = k ln Ω e o sentido dos processos
FísicaTermologia e gasesIdades 17–18
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Dois sólidos de Einstein A e B trocam quanta de energia ao acaso: a simulação conta os microestados Ω de cada macroestado, traça a probabilidade e a entropia S = k ln Ω e mostra que o calor passa do corpo quente para o frio porque o estado compartilhado tem muito mais microestados. A tela Gás numa caixa retira uma divisória para que um gás se expanda ou dois gases se misturem; o processo inverso fica improvável quando o número de partículas cresce.
Aula: Entropia e o significado estatístico da segunda lei da termodinâmica: microestados, macroestados e S = k ln Ω
O que mostra
A entropia conta possibilidades. Um macroestado, como o número de quanta de energia no sólido A, pode ser obtido de Ω maneiras diferentes, os microestados, e S = k ln Ω. Quando dois sólidos trocam quanta ao acaso, todos os microestados são igualmente prováveis, então o sistema vai para o macroestado com mais microestados: temperaturas iguais. Num gás, as distribuições espalhadas superam de longe as agrupadas. Com poucas partículas o inverso às vezes acontece; com 10²³, nunca. Essa é a segunda lei.
Como usar
Em Dois sólidos, ajuste Osciladores em A, Osciladores em B e Quanta de energia no total, escolha Início, clique em Iniciar e veja q em A chegar ao valor mais provável; use Passo para trocas isoladas e leia a tabela de macroestados. Em Gás numa caixa, escolha O gás se expande ou Dois gases se misturam, ajuste Partículas N e clique em Iniciar.
Parâmetros que você pode mudar
- Tela Dois sólidos trocando energia, Gás numa caixa
- Osciladores em A 1–200
- Osciladores em B 1–200
- Quanta de energia no total 1–200
- Estado inicial Tudo em A, Tudo em B, Metade em cada
- Passos de troca por segundo 1–5000
- Processo O gás se expande, Dois gases se misturam
- Partículas N (de cada cor ao misturar) 2–200
Perguntas para explorar
- Por que a energia passa do sólido quente para o frio se cada troca é aleatória?
- Como muda a chance de todo o gás voltar à metade esquerda quando N passa de 4 para 100?
- Por que a entropia usa o logaritmo de Ω, e não o próprio Ω?
