La segunda ley de la termodinámica y un montón de imanes

Question

Digamos que pongo un montón de potentes imanes cuadrados en una mesa casi sin fricción de forma desordenada. La segunda ley de la termodinámica establece que el sistema se volverá más desordenado de forma espontánea, pero los imanes se atraerán entre sí y formarán una cadena (típicamente), aumentando así el orden del sistema y, aparentemente, disminuyendo su entropía.

Me parece que el sistema está cerrado y que el entramado es efectivamente el estado de equilibrio. Por lo tanto, sospecho que al atraerse unos a otros, los imanes aumentan su propia entropía en una cantidad mayor que la disminución de entropía causada por la formación de la red. ¿Es esto cierto? Si es así, ¿cuál es la termodinámica de los imanes responsable de esto? ¿Existe una explicación microscópica?

Gracias.

Answer 1

En realidad, es un buen ejemplo de por qué la 2ª ley es útil: si uno va por ahí intentando contabilizar en detalle microscópico el equilibrio de cosas como la energía y la entropía, entonces puede equivocarse fácilmente. Tenía un estudiante que hacía esto todo el tiempo; no sé si alguna vez aprendió la lección...

En este caso concreto, has descuidado la amortiguación --- sin ella, nunca llegarías a un equilibrio y la 2ª ley no se aplica. Con la amortiguación, necesariamente disipas calor, y esa pérdida compensará con creces la ordenación macroscópica. Esta disipación puede ser de fricción mecánica o (como ejemplo de por qué te equivocas al decir que esta situación es "cerrada") electromagnética: ¡los dipolos oscilantes emiten radiación!

Answer 2

Los imanes sí se atraerán entre sí. Esta atracción los pondrá en movimiento y se dirigirán el uno al otro, convirtiendo la energía electromagnética en energía cinética. Entonces chocarán y perderán sus energías cinéticas en la colisión, llegando finalmente a descansar en un estado más ordenado y de baja energía.

En términos de energía, el resultado del experimento es que has convertido la energía electromagnética en calor: el calor liberado en las colisiones. Esta conversión crea mucha más entropía que la que se pierde al disponer los imanes de forma más ordenada.

Answer 3

Considera esto como una respuesta escandalosa,

ya que es imposible tener un sistema aislado, por lo que el campo magnético de las barras magnéticas en el estado de dispersión interactúa con el sistema que lo rodea y provocará un cierto aumento de la entropía,

Ahora los imanes se alinean para formar un imán más grande y fuerte que interactúa con su entorno de forma más agresiva en comparación con el caso anterior, aumentando así la entropía del sistema,

El desorden es el factor principal que aumenta el desorden aquí, pero este factor también contribuirá con una cantidad tan pequeña, pero no nula, al aumento total de la entropía.