Ley de stefan boltzman

Una de las más trascendentales ilustraciones sobre el cientismo de la materia pertenece al físico austriaco Ludwig Boltzmann (1844-1906), que logró proporcionar una profunda interpretación a la ley de la degradación de la energía. ¿Por qué crece la entropía con cada acontecer espontáneo en la naturaleza? Pregunta esta que se encontraba abierta. Vinculando la teoría cinética con la termodinámica,Boltzmann buscaba la solución en el carácter peculiar del calor enfocado como efecto estadístico, en nuestra escala macroscópica. De el incesante movimiento molecular presente en la escala microscópica. Sin embargo, ya Maxwell había puesto en evidencia que el cálculo permite coordinar a cada estado global del sistema, caracterizado por las posiciones y velocidades de sus partículas, una cierta ybien definida probabilidad. Guiado por tales raciocinios, Boltzmann llegó a la conclusión de que la entropía (S) de un sistema aislado está ligada a la probabilidad (p) de su estado actual por la relación S – k log p + C. siendo k y C constantes. La entropía es, pues, proporcional al logaritmo de la probabilidad del estado en que el sistema se encuentra, de donde resulta que la variación de laentropía entre dos estados sucesivos, es proporcional a la diferencia logarítmica de las probabilidades de estos dos estados. Como esa diferencia es siempre positiva, dado que la entropía es una función creciente, se sigue que la probabilidad del estado posterior debe ser siempre mayor que la del estado anterior. De este modo, en la perspectiva del teorema de Boltzmann el aumento ininterrumpido de laentropía pierde su carácter enigmático: traduce el pasaje del mundo de un estado menos probable a estados cada vez más probables.
El siguiente ejemplo da una idea de ello. Dos receptáculos encierran dos masas gaseosas, cada una de un centímetro cúbico, y de diferentes temperaturas, una de 10°C y la otra de 50°C. Al poner en comunicación los receptáculos, el calor pasará del gas más caliente alotro hasta establecer una temperatura uniforme, así lo exige el segundo principio y lo prueba la observación macroscópica. Sin embargo, si pudiéramos registrar la agitación molecular en volúmenes submicroscópicos e intervalos de tiempo infinitesimales, notaríamos que se producen fluctuaciones, pasando a veces calor del gas frío al gas caliente. ¿Una larga serie de tales fluctuaciones. no podríacontrarrestar la ley de la entropía? Si se abre y cierra un orificio, se puede llegar a hacer evolucionar una masa gaseosa hacia estados menos probables: basta con dejar pasar en un sentido las moléculas más rápidas (es decir, las más cálidas) y en otro sentido las moléculas más lentas (es decir, las más frías). De esta manera, las dos masas gaseosas separadas, en los dos receptáculos, adquiriránespontáneamente una diferencia de temperatura. El azar, único regulador de los movimientos en el caos molecular ¿no podría retrovertir el curso de la evolución, y restablecer el estado inicial de las temperaturas 10°C y 50° C en los dos receptáculos?
Si hemos colocado los receptáculos de gas uno al lado del otro, la suma de sus entropías tiene un cierto valor. Pero si ahora los mezclamos, la entropíaobtenida de los dos receptáculos de gas tendrá un valor mayor. Al mezclarse gas caliente con frío se ha aumentado irreversiblemente la entropía del universo. He aquí la regla, conocida como la segunda ley de la termodinámica: en cada proceso físico, la entropía permanece constante o aumenta, y si aumenta, el proceso es irreversible.
Se trata de algo bastante misterioso, y no totalmentesatisfactorio. ¿Cuál es el significado de la entropía? ¿Por qué siempre aumenta y nunca disminuye? Estos eran los problemas que Boltzmann intentó resolver.
Según la «hipótesis atómica», las moléculas que componen un gas frío pueden expresarse en distintas clases de diferentes configuraciones. De hecho, las moléculas saltan y la configuración cambia permanentemente. Dentro del marco de un sistema cuántico,...