Por qué el calor aumenta la entropía

en el vídeo sobre la segunda ley de la termodinámica hablo de cómo la entropía del universo está en constante aumento y que no va a disminuir y otra forma de pensar al respecto es que cada vez más y más energía en el universo va hacia la entropía se está volviendo cada vez menos útil y el argumento que utilizo es que en nuestro día a día mientras estoy haciendo este vídeo mi cuerpo está generando calor y ese calor conduce a la entropía genera más entropía en el universo y una pregunta razonable es cómo puede el calor conducir o llevar a la entropía recuerda el calor es una transferencia de energía térmica y la entropía es un estado del sistema es la cantidad de desorden que tiene el sistema es el número de estados que un sistema puede asumir veamos un ejemplo aquí vamos a suponer que se trata de un sistema ideal cerrado este pequeño cuadrado blanco de aquí y estas moléculas están rebotando a alguna temperatura por lo que tienen una energía cinética promedio y cada molécula va a ser cosas diferentes y siempre lo dibujo como esta energía cinética de traslación pero podrían estar rotando y oscilando y haciendo todo tipo de cosas podrían estar haciendo otras cosas también pero la energía cinética de traslación es un poco más fácil de visualizar ahora vamos a aplicar algo de calor al sistema así que tenemos una transferencia de energía térmica lo que llamamos calor y usamos la letra q para denotar calor así que tenemos una transferencia de calor hacia el sistema y luego debido a esto la temperatura del sistema sube la energía cinética promedio aumenta y estas partículas empiezan a rebotar con más momento con más velocidad así que porque este sistema tiene entropía podrías decir bueno tiene el mismo número de moléculas en el mismo volumen aunque la imagen está en dos dimensiones y podría parecer más bien un área pero podríamos imaginar que estamos hablando del mismo volumen que se está llenando y se siente como si hubiera el mismo número de lugares en donde las moléculas podrían estar pero nuestro estado no está determinado exclusivamente por la posición o por el lugar donde se encuentran las diferentes partículas el estado es todo acerca del sistema que podamos utilizar para predecir lo que le va a pasar después al sistema por lo que el estado también incluye las diversas velocidades de estas partículas así que cuando tiene una temperatura más alta hay un mayor número de velocidades que podría tener y también cuando tiene esta alta energía cinética recuerda que todas estas moléculas están formadas por átomos que tienen núcleos y que tienen electrones girando a su alrededor y si no tienen suficiente energía cinética podrían no ser capaces de acercarse así que digamos que estos son los electrones externos de un átomo y digamos que aquí hay otro y tienen una energía cinética razonable y con esa energía cinética van a poder acercarse solo un poco pero si estuvieran moviéndose más rápido podrían ser capaces de acercarse más podrían incluso deformarse un poco entre sí imaginad dos bolas que se golpean entre sí a gran velocidad se van a empujar una a la otra con mucha fuerza por lo que hay más estados posibles que se pueden asumir cuando se tiene mayor energía cinética así que estas se golpearon muy rápido y se le formaron una a la otra mientras que estas fueron amables y educadas y se acercaron a una velocidad gentil así que se podría incluso tener más estados posicional es más configuraciones diferentes en el espacio tridimensional y es por eso que el calor conduce a la entropía solo que algunos de ustedes podrían estar diciendo el calor no sólo causa desorden de hecho el calor puede ser utilizado para hacer trabajo y de hecho esa es la base de la revolución industrial las máquinas de vapor y los motores de combustión el motor de combustión en tu coche que utiliza el calor utiliza una reacción de combustión para empujar un pistón lo cual se utiliza para hacer trabajo y eso es por supuesto cierto y tenemos aquí un ejemplo de ello tengo algunas moléculas aquí moviéndose por todos lados a una cierta temperatura y luego voy a aplicar calor al sistema así que vamos a añadir calor al sistema y en este sistema no tengo solo un contorno cerrado estas moléculas empiezan a moverse más pudiendo asumir más estados y pueden utilizar ese movimiento para expandir el contenedor lo que vemos qué sucede aquí empujan este pistón y así están realizando trabajo y cómo se está haciendo este trabajo bueno mientras estas moléculas están rebotando por todos lados estamos hablando de una gran cantidad de moléculas de vez en cuando algunas de estas moléculas van a chocar aquí y luego rebotar y eso va a dar un poco de fuerza por una cantidad de tiempo muy pequeña lo que va a empujar esto hacia arriba un poco pero hay tantas moléculas solo dibujen unas cuantas pero en cualquier sistema termodinámica real vamos a estar hablando de muchos millones y millones y millones estamos hablando de múltiplos del número de avogadro de moléculas y así en un momento dado muchas de ellas van a estar rebotando contra el pistón y van a estar haciendo el trabajo van a estar desplazando este pistón con un componente de su fuerza van a estar empujando este pistón hacia arriba y haciendo el trabajo pero no existe un sistema o motor que funcione a base de calor que sea 100% eficiente así que algo de esto puede ser utilizado para hacer el trabajo pero mucho de ello va a añadirse al desorden del sistema para aumentar el número de estados que el sistema puede asumir una forma de pensar en ello y esto siempre me ha ayudado es que el calor es la transferencia de energía térmica y eso ocurre en el límite del sistema este calor podría ser una flama aquí abajo y si esto no fuera un sistema completamente cerrado podría liberar calor en los límites del sistema pero dentro del sistema el calor el incremento en la energía térmica está conduciendo a un aumento en la entropía ahora bien también hay trabajo en el límite del sistema aquí arriba probablemente hay algo de calor que es liberado pero también es capaz de hacer trabajo así que el calor y el trabajo se están produciendo en los límites del sistema pero una gran cantidad de esa energía va hacia el interior del sistema y eso provoca que las moléculas choquen entre ellas mucho más rápido y generar más estados que podrían asumir y es por eso que cuando hablo de que si estoy caminando la fricción con la alfombra va a generar calor y eso va a contribuir a la entropía en el universo el simple hecho de que exista los procesos celulares en mi cuerpo que generan calor aumentan la entropía del universo que hace que la energía total del universo sea menos útil