Repaso y minutas para la practica

82
Repaso y minutas para la practica

description

Repaso y minutas para la practica . Distintos cortes de la misma ecuación: Compresión adiabática. Esto vale en un gas monoatomico. Pregunta, difícil: ¿Para un gas diatomico, cuanto valdra gama? Existe alguna restriccion para gama. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Repaso y minutas para la practica

Page 1: Repaso y minutas para la practica

Repaso y minutas para la practica

Page 2: Repaso y minutas para la practica

0 5 100

1

2

3

4

5

Volumen

Pre

sion

4

5

6

7

8

9

10

Distintos cortes de la misma ecuación: I. Compresión adiabáticaNkTPV

CPV

35

Esto vale en un gas monoatomico.

Pregunta, difícil: ¿Para un gas

diatomico, cuanto valdra gama?

Existe alguna restriccion para gama

Page 3: Repaso y minutas para la practica

Constantes y variables: El ejercicio (a veces difícil) de saber que depende de que …

dVPW

0 5 100

1

2

3

4

Volumen

Pre

sion

)(1 VfPV

constPNkTVP

)ln(a

b

VVNkT

VdVNkTpdVW

Page 4: Repaso y minutas para la practica

El experimento de Joule

¿Cuál es el balance de energía?

¿Cambia el volumen?¿La presión?¿La temperatura?

¿El proceso es reversible?

Page 5: Repaso y minutas para la practica

Presión del vapor es menor que la presión de

equilibrio

Presión de vapor en equilibrio es función de

la temperatura.

Page 6: Repaso y minutas para la practica

Simulaciones

Page 7: Repaso y minutas para la practica

IV.

Maquinas reversibles, Carnot, y las leyes de la termodinamica.

Page 8: Repaso y minutas para la practica

3 ) La génesis de las ideas fundamentales: Relacion entre calor y trabajo – reversibilidad...

Sadi Carnot (1824)

Page 9: Repaso y minutas para la practica

Es imposible que un sistema pueda extraer energía en forma de calor de una sola fuente térmica y convertirla completamente en trabajo sin que se

produzcan cambios netos en el sistema o en el medio que lo rodea.

Kelvin’s way

Es imposible un proceso cuyo único resultado sea transferir energía en

forma de calor de un objeto a otro mas caliente. Clausius

Es imposible que una maquina térmica funcione cíclicamente sin producir

ningún otro efecto que extraer calor de un solo foco realizando una cantidad de

trabajo exactamente equivalente. A la Carnot

Page 10: Repaso y minutas para la practica

Es imposible que un sistema pueda extraer energía en forma de calor de una sola fuente térmica y convertirla completamente en trabajo sin que se

produzcan cambios netos en el sistema o en el medio que lo rodea.

Kelvin’s way

Es imposible un proceso cuyo único resultado sea transferir energía en

forma de calor de un objeto a otro mas caliente. Clausius

Q

Ergo, una cantidad pertinente es la “eficiencia”

W

Page 11: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT:Entendiendo la segunda ley sin entender la primera.

(las mejores ideas “equivocadas” versión 1)

La producción de potencia motora (puissance motrice) en maquinas de vapor no se debe al consumo de calórico sino a su transporte de una fuente caliente a una fuente fría. Por analogía, cuanto mayor es la diferencia de temperaturas mayor la eficiencia de la maquina. ¡Esto de hecho es cierto!

Page 12: Repaso y minutas para la practica

Volumen

Pre

sion

LA MAQUINA DE CARNOT:La secuencia de ciclos

Primer fase: Expansión iso-termica a temperatura T1. Se absorbe calor Q1 (del baño a T1) que se utilice para expandir el pistón.

Page 13: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT:La secuencia de ciclos

Volumen

Pre

sion

Segunda Fase:Expansión adiabática. El gas se expande y la temperatura baja de T1 a T2. El gas pierde energía interna que se convierte en trabajo mecánico.

Page 14: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT:La secuencia de ciclos

Tercer Fase:Compresión isotermica. El gas se comprime temperatura T1. El pistón entrega energía mecánica que es absorbida, en forma de calor por el baño a temperatura T2.

Volumen

Pre

sion

Page 15: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT:La secuencia de ciclos

Cuarta Fase:Compresión adiabática. El gas se comprime y la temperatura sube de T1 a T2.

Volumen

Pre

sion

Page 16: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT:La secuencia de ciclos

Tres preguntas:¿Cuál es el resultado del ciclo?¿Esta maquina, puede operar al revés?

Volumen

Pre

sion

A

B

CD

T1T2

Page 17: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT:El resultado de un ciclo

El trabajo mecánico hecho por la maquina durante la fase de expansión. Volumen

Pre

sion

T1T2

Page 18: Repaso y minutas para la practica

Volumen

Pre

sion

LA MAQUINA DE CARNOT:El resultado de un ciclo

El trabajo mecánico entregado a la maquina durante la compresión.

El trabajo mecánico hecho por la maquina durante el ciclo.

¿De donde sale la energía para realizar este trabajo? ¿Se viola la segunda ley?

Q2

Q1

W=Q1-Q2

T1T2

Page 19: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL

REVES

T2

T1

W

Q1

Q2

El motor de Carnot

T2

T1

W

Q1

Q2

La heladera de Carnot

Page 20: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT:El resultado de un ciclo

ExpansiónIsoterma

ExpansiónAdiabatica

CompresiónIsoterma

CompresionAdiabatica

Page 21: Repaso y minutas para la practica

T2T1

W

Q1 Q2

Idealmente (en la situación de “eficiencia” máxima) todo el calor de la fuente caliente es convertido en trabajo. Se define entonces eficiencia como:

1QW

(es menor que 1 – cuanto mas cercano a 1, mayor conversión del calor de la fuente caliente a

trabajo)

Pregunta practica pertinente (que fue de hecho la motivación de Carnot): ¿qué determina la eficiencia?

Page 22: Repaso y minutas para la practica

Volumen

Pre

sion

D

LA MAQUINA DE CARNOT:Calculando la relación entre calor y trabajo

Para una maquina de Carnot operando en un gas ideal, puede calcularse explícitamente la relación entre calor y temperatura.

A

B

C

)ln(111a

b

VVNkT

VdVNkTpdVQ

12

11

cb VTVT

bbbccc

2

2

1

1

TQ

TQ

2

1

2

1

TT

QQ

Page 23: Repaso y minutas para la practica

T2T1

W

Q1 Q2

Si esta maquina es una maquina de Carnot operando en un gas ideal, entonces:

1

2

1

21

1

1QQ

QQQ

QW

Definición, vale siempre, simplemente reordenar términos

1

21TT

Vale, según acabamos de “probar” para una maquina de Carnot opearndo en un gas

ideal.

Page 24: Repaso y minutas para la practica

T2T1

W

Q1 Q2

De hecho, para cualquier maquina reversible, se tiene que:

1

2

1

1TT

QW

Este es uno de los resultados mas fuertes de la termodinámica (EL

CENTRO DEL UNIVERSO TERMODINAMICO – SEGUN

FEYNMAN).

2

2

1

1

TQ

TQ

RESPUESTA A LA PREGUNTA DE CARNOT:

LA EFICIENCIA QUEDA DETERMINADA POR EL

COCIENTE DE TEMPERATURAS!

Page 25: Repaso y minutas para la practica

V

Demostraciones termodinámicas por composiciones (lógicas) de Maquinas de

Carnot.

El motor y la heladera de Carnot

Álgebra de maquinas de Carnot

+ =...

Page 26: Repaso y minutas para la practica

Kelvin’s wayClausius

Q

T2

T1

Q

Supongamos que C no se cumple, es decir que existe una heladera que no consume trabajo

W

Q1

Q

= W=Q1-Q

Q1-Q

Page 27: Repaso y minutas para la practica

¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por dos maquinas trabajando a iguales temperaturas?

T2

T1

Wa

Q1(a)

Q2(a)T2

T1

Wb

Q1(b)

Q2(b)

Si A y B son maquinas de Carnot operando con gases ideales

entonces ...)()(???

)()(

2

1

2

1

bQbQ

aQaQ

Page 28: Repaso y minutas para la practica

¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por las dos maquinas?

T2

T1

Wa

Q1(a)

Q2(a)T2

T1

Wb

Q1(b)

Q2(b)

Si A es reversible entonces)()(???

)()(

2

1

2

1

bQbQ

aQaQ

Page 29: Repaso y minutas para la practica

¿Existe alguna relación entre los calores absorbidos y entregados por las dos maquinas?

T2

T1

Wa

Q1(a)

Q2(a)T2

T1

Wb

Q1(b)

Q2(b)

A es una Maquina Reversible

Page 30: Repaso y minutas para la practica

T2

T1

Wa

Q1(a)

Q2(a)T2

T1

Wb

Q1(b)

Q2(b)

¿cómo hacer para que opere a una unica temperatura... Para luego usar algun argumento de la ley C”

Q1(b) Ciclos (de refrigeracion de A)

Q1(a) Ciclos (de motor de B)

5 Joules 4 Joules

(4 vueltas) (5 vueltas)

Page 31: Repaso y minutas para la practica

T2

T1

Wa

Q1(a)

Q2(a)

Wb

Q1(b)

Q2(b)

¿cuál es el resultado de esta maquina compuesta?

Q1(b) Ciclos (de refrigeracion de A)

Q1(a) Ciclos (de motor de B)

T1

?

T2

Q2(b)*Q1(a)Q1(b)*Q2(a)+

Page 32: Repaso y minutas para la practica

T1

?

T2

¿qué podemos decir de esto?

)()()()( 1221 aQbQaQbQ T1

T2 Tienen que ser iguales (por primera ley) y en este sentido

(por segunda)

)()(

)()(

2

1

2

1

aQaQ

bQbQ

Q2(b)*Q1(a)Q1(b)*Q2(a)+

Ninguna maquina es mas eficiente que

una maquina reversible.

Page 33: Repaso y minutas para la practica

)()(

)()(

2

1

2

1

aQaQ

bQbQ

Jugando el mismo juego al reves (si ahora la maquina B es reversible) se tiene que, si ambas son reversibles entonces

)2,1()()(

)()(

2

1

2

1 TTfaQaQ

bQbQ

Es decir que el cociente de calores (y por ende la eficiencia...) es solo una funcion de la temperatura, para cualquier maquina reversible.

¿¿qué funcion de la temperatura??

??)log(cos(¿¿ 321

2

1 TTQQ

Page 34: Repaso y minutas para la practica

??)log(cos(¿¿ 321

2

1 TTQQ

El ultimo paso hacia “el centro del universo termodinámico” es mostrar que esta función ex exactamente T1/T2 y que por lo tanto, tal como ya

habiamos visto para el caso de los gases ideales, es cierto que para cualquier maquina reversible:

2

1

2

1

TT

QQ

Independientemente de los infinitos elementos que puedan distinguir a todas las maquinas reversibles. Carnot descansa en paz.

Page 35: Repaso y minutas para la practica

T0

T1

W

Q1

Q0

T2

T1

W’’

Q1

Q2

T2

W’

T0

Q0

Q2

)0,1(0

1 TTfQQ

)0,2(0

2 TTfQQ

)2,1(2

1 TTfQQ

)0,2()0,1()2,1(

TTfTTfTTf

21)2,1(TTTTf

21

21

TT

QQ

)0,2()0,1(

2

1

TTfTTf

QQ

)2()1()2,1(

TTTTf

Page 36: Repaso y minutas para la practica

T2T1

W

Q1 Q2

De hecho, para cualquier maquina reversible, se tiene que:

1

2

1

1TT

QW

Este es uno de los resultados mas fuertes de la termodinámica (EL

CENTRO DEL UNIVERSO TERMODINAMICO – SEGUN

FEYNMAN).

2

2

1

1

TQ

TQ

RESPUESTA A LA PREGUNTA DE CARNOT:

LA EFICIENCIA QUEDA DETERMINADA POR EL

COCIENTE DE TEMPERATURAS!

Page 37: Repaso y minutas para la practica

Ejercitando la segunda leyPensando el equilibrio y la

reversibilidad

Page 38: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Que todo sea lento ... Que no hayan cambios abruptos ... Estar todo el tiempo en equilibrio ... Que corresponda a un

punto bien definido en el plano P,V ... Que no haya fricción ...

Que pueda volver ¿Por donde? ¿por qué tiene que ser por el mismo camino? ¿tiene que ser por el mismo camino?

Empecemos por la mecánica, que es mas sencillo. Mi ejemplo favorito.

Page 39: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 1:Polea con contrapeso de la misma masa. Velocidad inicial

(pequeña), viscosidad del aire y de las poleas despreciables.

Page 40: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 1:Polea con contrapeso de la misma masa. Velocidad inicial

(pequeña), viscosidad del aire y de las poleas despreciables.

Page 41: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 2:Bungee jumping con un resorte que se frena justo en el piso y

un gancho que ahí la sostiene.

Page 42: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 2:Bungee jumping con un resorte que se frena justo en el piso y

un gancho que ahí la sostiene.

Page 43: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 3:Caída libre.

Page 44: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 3:Caída libre.

Page 45: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 3:Caída libre.

Page 46: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 4: La gran Charly. Salto a la pileta, la masa se frena por rozamiento con el agua.

Page 47: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

Sea A un edificio y B una masa apoyada en el techo del edificio

Lanzamiento de masa, versión 4: La gran Charly. Salto a la pileta, la masa se frena por rozamiento con el agua.

Page 48: Repaso y minutas para la practica

REVERSIBILIDAD ¿QUÉ ES ESO?

¿cuáles son reversibles? ¿Según que noción de reversibilidad?¿cuál es la primer version termodinámica de este asunto?

Page 49: Repaso y minutas para la practica

“Fricción Térmica”: Dos experimentos de transferencia de calor de una fuente caliente a una fuente fría

T2

T1

WQ1

Q2 T2

T1

T1+x

T1-x

REVERSIBILIDAD COMO UN PROBLEMA DE CONSERVACION: ¿DE QUE?SOLUCION (A CASI TODOS LOS PROBLEMAS): ENTROPIA

Page 50: Repaso y minutas para la practica

El experimento arquetípico, versión 1:La expansión isotérmica de un pistón

Entrega de energía cinética (ordenada)

Page 51: Repaso y minutas para la practica

EL RESULTADO NETO ES:

El medio entrego calor. El pistón genero trabajo (Q=W) E se conservaEl gas se expandió (aumento la entropía)

Podemos utilizar el trabajo generador para “reinstalar el orden”, comprimiendo el gas

Q

W

Page 52: Repaso y minutas para la practica

El experimento arquetípico, versión 1:Expansion irreversible

Page 53: Repaso y minutas para la practica

El experimento arquetípico, versión 1:Expansion irreversible:

En este momento P no cambia, T no cambia y V cambio, el gas no esta en equilibrio

Page 54: Repaso y minutas para la practica

El experimento arquetípico, versión 1:Expansión irreversible Energia ordenada:

Este orden se pierde sin ganar nada a

cambio

EL RESULTADO NETO ES:

El gas se expandió (aumento la entropía)

No hubo intercambio de energía. No hubo paso de calor a trabajo que permita restaura el orden.

La entropía de todo este proceso no se conserva.

Page 55: Repaso y minutas para la practica

De Carnot a la entropia y de ahí a Boltzman

Page 56: Repaso y minutas para la practica

T2T1

W

Q1 Q2

De hecho, para cualquier maquina reversible, se tiene que:

1

2

1

1TT

QW

2

2

1

1

TQ

TQ

Page 57: Repaso y minutas para la practica

LA MAQUINA DE CARNOT ES REVERSIBLE. PUEDE FUNCIONAR AL

REVES

T2

T1

W

Q1

Q2

El motor de Carnot

En este ciclo Q1-Q2=W y por ende, se conserva la cantidad

WQ Esto es la primer ley y nos dice que la

energía se conserva.

¿Se conserva alguna otra cantidad?

0)/(2

2

1

1 TQTQ

TQ

Estamos en camino a la conservación de la entropía

Page 58: Repaso y minutas para la practica

T2

T1

W

Q1

Q2

2

2

1

1

TQ

TQ

Poniendole signo (aquí no queda a otra) a los calores

según su sentido:Positivo – Calor entregado

a la maquina.Negativo – Calor que vierte la maquina al medio (que

pierde, que ensucia…)02

2

1

1

TQ

TQ

De hecho (con una demostracion muy parecida a las anteriores,

puede probarse que)Para un ciclo reversible que intercambia calores q(i) con

temperaturas Ti se tiene:

0ii

i

TQ

Page 59: Repaso y minutas para la practica

T2

T1

W

Q1

Q2

2

2

1

1

TQ

TQ

Poniendole signo (aquí no queda a otra) a los calores

según su sentido:Positivo – Calor entregado

a la maquina.Negativo – Calor que vierte la maquina al medio (que

pierde, que ensucia…)02

2

1

1

TQ

TQ

¿Y si la maquina no fuese

reversible?

T2

T1

W*Q1

Q2*

Q2*>Q2W*>W

02

2

1

1

TQ

TQ

Page 60: Repaso y minutas para la practica

Q1

¿cuánto aumenta la entropía si

inyecto calor Q1?

Desordenar (calentar) un cuarto (gas) limpio (a baja temperatura) aumenta mas el desorden del mundo (la entropia) que desordenar un cuarto que ya

estaba desordenado.

1TQS

Q12TQS

Page 61: Repaso y minutas para la practica

01

TQS

SI HAY FRICCION Y POR ENDE CONVERSION DE ENERGIA

MECANICA A CALOR

SI DOS FUENTES TERMICAS A TEMPERATURAS DISTINTAS SE

PONEN EN CONTACTO

012

TQ

TQS

T2

T1

Q

Pierde Entropía

Gana Entropía

Page 62: Repaso y minutas para la practica

T2

T1

W

Q1

Q2

Igual que antes, esto puede generalizarse a:

Donde la igualdad vale solo si el ciclo es reversible.

0ii

i

TQ

Page 63: Repaso y minutas para la practica

P

V

A

BC1

C2

02

2

1

1

A

B

B

A TdQ

TdQ

TdQ

2

2

2

2

1

1

B

A

A

B

B

A TdQ

TdQ

TdQ

Ergo – el cambio de B

A TdQ a lo largo de cualquier camino

reversible que une A y B, es el mismo.

Page 64: Repaso y minutas para la practica

P

V0

Esto permite definir la entropía como la diferencia de

B

A TdQ Entre un punto de

referencia (0) y cualquier estado termodinámico.

p

S(p)= p

TdQ

0

Page 65: Repaso y minutas para la practica

P

V0

Ergo – el cambio de B

A TdQ a lo largo de cualquier camino

reversible que une A y B, es el mismo.

Enrico Fermi(Capitulo de Entropía)

S(B)-S(A)= B

A TdQ

R

S(B)-S(A)> B

A TdQ

I

¿Si el sistema es cerrado?

dQ=0S(B)>S(A)

La entropia de un sistema cerrado

aumenta

Page 66: Repaso y minutas para la practica

TdQdS

En un gas ideal, esta ecuación puede integrarse y el resultado es bastante ilustrativo.

1ln( ) ln( )( 1)

S Nk V T a

¿qué pasa con la entropía si se quita el separador?

Page 67: Repaso y minutas para la practica

Claude Shannon

Un brevísimo racconto sobre entropía e información.

Ludwig Boltzmann

Page 68: Repaso y minutas para la practica

¿Cuál esta mas ordenado? ¿qué es orden?

¿Cuál esta mas ordenado? ¿cuál mas probable?

Intuición del “desorden”: El estado macroscópico mas probable.

(y siguen...)

Todos los: “Cuatro Seis”

Todos los: “Un uno, un dos, un tres un cuatro”

Entropía y volumen: Otro puente entre lo microscópico y lo macroscopico

Page 69: Repaso y minutas para la practica

0 5 10 15 20 250

50

100

150

Suma de 4 dados (“Estado termondinamico”)

Can

tidad

de

mic

roes

tado

s co

mbi

naci

ones

com

patib

les

con

un e

stad

o m

acro

scop

ico

¿Cuál esta mas ordenado? ¿cuál mas probable?

S=f(p)Hipótesis

La entropia es aditiva y las probabilidades

multiplicativas

)()()( 212121 ppfpfpfSSS

Spkpf )ln()(

Page 70: Repaso y minutas para la practica

La tumba de Ludwig, en Viena

Page 71: Repaso y minutas para la practica

otra motivación del logaritmo (Versión grafica)

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x > 16x > 8 (mod 16)x > 4 (mod 8)x > 2 (mod 4)x > 0 (mod 2)

Incerteza es:log(32)=5.

Page 72: Repaso y minutas para la practica

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x > 16x > 8 (mod 16)x > 4 (mod 8)x > 2 (mod 4)x > 0 (mod 2)

Incerteza es:log(16)=4.

Page 73: Repaso y minutas para la practica

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x > 16x > 8 (mod 16)x > 4 (mod 8)x > 2 (mod 4)x > 0 (mod 2)

Incerteza es:log(8)=3.

Page 74: Repaso y minutas para la practica

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x > 16x > 8 (mod 16)x > 4 (mod 8)x > 2 (mod 4)x > 0 (mod 2)

Incerteza es:log(4)=2.

Page 75: Repaso y minutas para la practica

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x > 16x > 8 (mod 16)x > 4 (mod 8)x > 2 (mod 4)x > 0 (mod 2)

Incerteza es:log(2)=1.

Page 76: Repaso y minutas para la practica

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x > 16x > 8 (mod 16)x > 4 (mod 8)x > 2 (mod 4)x > 0 (mod 2)

Incerteza es:log(1)=0.

Page 77: Repaso y minutas para la practica

Segundo ejemplo trivial, otra motivación del logaritmo (Versión grafica)

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x > 16x > 8 (mod 16)x > 4 (mod 8)x > 2 (mod 4)x > 0 (mod 2)

Cada una de estas

dos preguntas tenia probabilidad

½ de cada respuesta (divide

el espacio de posibilidades en

dos)

Page 78: Repaso y minutas para la practica

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x={1,2,3,4}

Incerteza: 5 bits

x > 16

4 bits SI(Afortunado)

2 bits

Page 79: Repaso y minutas para la practica

X={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32}

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

x={1,2,3,4}

Incerteza: 5 bits

x > 16

4 bits SI(Afortunado)

2 bits log(28)

4.8 bits

NO

¿Cual es la incerteza esperada luego de haber hecho el experimento?

I(r1)*p(r1)+I(r2)*p(r2)=sum(-p*log(p))

2*(1/8)+4.8*(7/8) = 4.45 > 4

Page 80: Repaso y minutas para la practica

Taken “as is” from MacKay

Page 81: Repaso y minutas para la practica

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

1

2

3

4

5

6

7

Algunas funciones clásicas

-log(p)

El contenido de informacion de Shannon de un evento con probabilidad x.

La informacion diverge a medida que la probabilidad de x se acerca a 0.

Page 82: Repaso y minutas para la practica

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Algunas funciones clásicas

-p*log(p)

-(1-p)*log((1-p)) +

LA ENTROPIA: El valor esperado de la información en un ensamble de dos elementos con probabilidad p y 1-p. LA ENTROPIA ES MAXIMA CUANDO p=1/N., cuando todos los

elementos de X son equiprobables.