Boltzmann 3D

Bom, este post é mais uma divulgação que antecede (ou assim espero) alguns posts sobre a distribuição de Boltzmann. Pretendo apresentar algumas das deduções da equação (não a da entropia, mas a obtida pela maximização dela), mas antes acho que um bom começo é apresentar o software Boltzmann 3D, desenvolvido na Brigham Young University. O software é show de bola, e pode ser baixado no link abaixo:

http://www.chem.byu.edu/boltzmann3d

Tem para diferentes sistemas operacionais, só que é necessário ter o Java para usá-lo:

http://www.java.com/pt_BR/

O que o software tem de bom? Vocês podem ler no site, mas nas minhas palavras ele permite a manipulação um conjunto de partículas que se movimentam segundo a distribuição de Maxwell-Boltzmann. Pra começar, o recipiente que contem as partículas pode ser uni-, bi- ou tridimensional:

Apresentação1
Software boltzmann 2
Software Boltzmann 3

Pode-se variar o número de partículas, raio, massa, temperatura do recipiente e forma do recipiente, o que permite liberar as partículas de um confinamento e “ver” a entropia aumentar:

Software Boltzmann 4
Software Boltzmann 5
Software Boltzmann 6

Isso qualitativamente. Quantitativamente podemos medir a pressão (em condições de idealidade ou não), além de distribuições de velocidade instantânea, velocidade média, energia cinética, tempo de meia vida entre colisões e velocidades nos diferentes eixos. O gráfico de distribuição medido (no canto superior esquerdo) é tão próximo do previsto quanto mais partículas são usadas na simulação.
Do ponto de vista termodinâmico, pode-se usar um pistão para pressionar as partículas isotermicamente ou adiabaticamente (sem troca de calor, de modo que a temperatura calculada aumenta com o aumento da pressão).

Software Boltzmann 9

É interessante ver partículas de diferentes tipos se misturando após a abertura de um buraco entre dois recipientes que as separam, como resultado do aumento da entropia. Aliás, a equação da entropia de misturas é facilmente deduzida para gases ideais, de modo que este seria uma boa maneira de introduzir o assunto.

Software Boltzmann 8

Já para um químico, o “modo reação” permite que partículas vermelhas se tornem azuis e vice-versa, bem como acompanhar o equilíbrio pela observação da quantidade das duas espécies em função do tempo.

Software Boltzmann 10

Como um extra, é possível associar as colisões com sons de diversos instrumentos, de modo que podemos ouvir a “música” resultante da associação entre química, física e estatística. Parabéns aos desenvolvedores do programa, e bom proveito aos usuários. Acredito que aulas seriam bem mais interessantes se estas maneiras alternativas de apresentação fossem mais frequentes.

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One Response to Boltzmann 3D

  1. Your opinions are quite strong willed.

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