System izolowany w termodynamice: definicja, cechy i przykłady

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-02-12 11:43

Istnieje kilka rodzajów systemów w termodynamice: izolowane i nieizolowane. Miejsce ich znalezienia, kiedy są stosowane, pokazuje, jak bardzo mogą być przydatne i jak o nie dbać. W przeciwnym razie, jeśli takie systemy okażą się szkodliwe dla pracy człowieka, jak się ich pozbyć.

Co to jest?

Izolowany system to absolutnie dowolne nagromadzenie atomów i molekuł (rzeczy, planety, ciała ludzkiego), które zachowują energię całej materii. Taki system jest całkowicie odizolowany od świata zewnętrznego, nazywany jest też zamkniętym.

Istotą izolowanego systemu jest to, że pomimo całego swojego pragnienia, nie będzie on dzielił ciepła, nie marnował energii, substancja będzie musiała zostać z niego usunięta siłą. Na przykład możesz spojrzeć na akwarium. W jej wnętrzu zachodzą procesy: ryby giną, woda psuje się, muszle zapadają się. Ale akwarium nie ma kontaktu ze środowiskiem zewnętrznym.

Innym przykładem systemu izolowanego jest żelazo - samo nie zużywa energii, nie dzieli się substancjami. Takie zjawisko obserwuje się w silnikach zbiornikowych, układzie słonecznym - we wszystkim, co nie dzieli się energią z innymi.

Do zamkniętych systemów izolowanychnie możesz wziąć samochodu - sam porusza się z określoną prędkością! Nie obejmuje też czajników, roślin, żywych organizmów – dzielą one substancje ze światem zewnętrznym. Podczas gotowania organizmy żywe wydzielają produkty przemiany materii, rośliny - tlen, czajnik - parę.

Ciekawostka: układ zamknięty nazywany jest układem, w którym suma wytworzonych sił i pracy jest równa zeru, i izolowanym – gdzie ciała działają po prostu oddzielnie od innych układów. Jednocześnie system izolowany nie zawsze jest zamknięty, ale system zamknięty będzie z konieczności izolowany.

Ruch to pułapka

Jest jedno zastrzeżenie: nie mogą poruszać się samodzielnie, ale jeśli ktoś ich poruszy, zasada nie zostanie naruszona. Jeśli więc weźmiesz izolowany system i zrzucisz go z wysokości, przypadkowo upuścisz go, zrzucisz ze spadochronu - to nie ma znaczenia, nie przestanie być izolowany. O ile oczywiście nie zostanie zepsuty podczas takich czynności – ta sama butelka wody rzucona z wysokości wypuści całą wodę na zewnątrz – podziel się materią z innymi systemami – co oznacza, że system nie będzie już zamykany.

Ten opis pasuje do pistoletu i kuli - nie działa bez palca na spuście, ciężkiego ciała i ziemi - nic się nie dzieje, jeśli nie przyciśniesz ciała do ziemi.

Ciepło również powinno być brane pod uwagę

Wyizolowany system w termodynamice to makrociało, które w ogóle niczego nie dzieli: energia, materia i ciepło nie wykraczają poza granice systemu. Przykładem jest termos. Utrzymuje stopień nalania do niego herbaty, napoju bez ingerencji człowieka na siłę (otwieranie i nalewanie)sam) nie będzie się dzielił i nigdzie nie zużywał energii.

Co więcej, izolowany system zawsze dąży do osiągnięcia równowagi termodynamicznej i potrzebny jest ktoś inny, aby wyprowadzić go z tego stanu. Oznacza to, że jeśli podamy przykład tego samego termosu, to przy długim przebywaniu w środowisku herbata nadal będzie stygła. W związku z tym potrzebna jest osoba, która ponownie napełni go gorącą herbatą, a układ ponownie zostanie izolowany termodynamicznie.

Dlaczego jest to potrzebne?

Koncepcja systemu izolowanego obejmuje wiele mechanizmów, systemów i ekosystemów. Osoba potrzebuje zrozumienia, w jaki sposób są ułożone, aby odpowiednio się nimi opiekować. Jeśli to akwarium, to przed wejściem do niego rękami i nogami, próbując je wyczyścić, musisz najpierw zobaczyć, jak zrobić wszystko, aby mu nie przeszkadzać. Jeśli są to mechanizmy lub sprzęt - jak ich używać, aby później ich naprawa nie była strasznie bolesna.

Jednocześnie, jeśli przyjmiemy to w skali globalnej, pustynia jest także systemem izolowanym: w jej wnętrzu zachodzą pewne mechanizmy aktywności życiowej, które nie wykraczają poza nią. Lasy, stepy, wulkany i atmosfera stanowią stosunkowo odizolowane ekosystemy. Ludzie, nie rozumiejąc, jak działają, czasami nie zdają sobie sprawy ze skali kłopotów, jakie stwarzają.

Jest jeszcze jedno "ale". Wyizolowany system nigdy nie będzie istniał całkowicie oddzielony od innych systemów. Ale ta koncepcja istnieje. Jest wygodny do wykonywania obliczeń z matematyki, termodynamiki, chemii i fizyki. Wszystkoenergia i materia, które emituje izolowany system, są traktowane jako zero i działają z liczbami, które są obecnie potrzebne.

Izoluj nieizolowane

Nawet otwarty system może zostać odizolowany, jeśli coś oddzieli go od otoczenia. System adiabatyczny działa jak przegroda, która służy jako powłoka dla systemu otwartego, czyniąc go zamkniętym. Można to porównać do folii owiniętej wokół przedmiotu, która ma chronić go przed promieniami słonecznymi.

Jeżeli spojrzeć na to szerzej, to atmosfera Ziemi może służyć za przykład - chroni planetę przed wpływem kosmicznym i służy jako powłoka, która daje nam życie.

Istnieje prawo zachowania pędu dla zamkniętego układu izolowanego: suma impulsów w układzie zamkniętym pozostaje stała, bez względu na to, jak ciała oddziałują ze sobą w układzie. I słusznie: chociaż siła impulsów może się zmieniać z czasem, okolicznościami, możliwościami, ich suma nadal pozostanie stała.

Gruba kropka na końcu…

Tak więc wniosek nasuwa się w następujący sposób:

Izolowany system jest tak niezależny od otoczenia, jak to tylko możliwe, wytwarzając w sobie energię, pracę i materię. Pozostanie na stałym poziomie, dążąc do równowagi.
Zamknięty, izolowany system również nie będzie zależny od warunków środowiskowych, nie będzie niczego od siebie odróżniał, ale praca w nim będzie równa zeru w sumie. Oznacza to, że prawo zachowania pędu będzierozszerzyć na taki system, a nie na otwarty.
Izolowany system w termodynamice nie będzie zależny od ciepła otoczenia. Budowniczowie starają się osiągnąć ten stan, izolując domy. Nawiasem mówiąc, pianka może z łatwością służyć jako powłoka adiabatyczna dla domu, czyniąc go systemem izolowanym.
Odizolowany system w zasadzie nie istnieje: wszystko wchodzi w interakcje z czymś. Jeśli zamkniesz akwarium, woda będzie uboga w tlen, a ryby umrą. I tak pozostają na czerwono.

Nauka potrzebuje izolowanych systemów, aby zachować czystość eksperymentu - niektóre wielkości można pominąć. Ale w życiu - potrzebują odpowiedniej pielęgnacji i użytkowania.