Изолирана система в термодинамиката: определение, характеристики и примери

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Последно модифициран: 2024-02-12 04:04

Има няколко вида системи в термодинамиката: изолирани и неизолирани. Къде се намират, кога се прилагат, показва колко полезни могат да бъдат и как да се грижим за тях. В противен случай, ако подобни системи се окажат вредни за човешкия труд, как да се отървете от тях.

Какво е това?

Изолирана система е абсолютно всяко натрупване на атоми и молекули (нещо, планета, човешко тяло), което запазва енергията на цялата материя. Такава система е напълно изолирана от външния свят, нарича се още затворена.

Същността на изолираната система е, че с цялото си желание тя няма да споделя топлина, не пропилява енергия, веществото ще трябва да бъде отнето от нея със сила. Например, можете да погледнете аквариума. В него протичат процеси: рибите умират, водата се влошава, черупките се срутват. Но аквариумът не влиза в контакт с външната среда.

Друг пример за изолирана система е желязото - то няма да изразходва енергия само по себе си, няма да споделя вещества. Такъв феномен се наблюдава при танковите двигатели, слънчевата система - във всичко, което не споделя енергия с другите.

Към затворени изолирани системине можете да вземете колата - тя се движи с определена скорост сама! Той също така не включва чайници, растения, живи организми - те споделят вещества с външния свят. Живите организми отделят метаболитни продукти, растенията - кислород, чайник - пара при кипене.

Интересен факт: затворена система се нарича система, в която сумата от произведените сили и работа е равна на нула, и изолирана - където телата просто действат отделно от другите системи. В същото време изолирана система не винаги е затворена, но затворена система непременно ще бъде изолирана.

Движението е капан

Има едно предупреждение: те не могат да се движат сами, но ако някой ги премести, тогава правилото не се нарушава. Така че, ако вземете изолирана система и я хвърлите от височина, случайно я пуснете, пуснете я от парашут - няма значение, тя няма да престане да бъде изолирана. Освен ако, разбира се, не се счупи по време на подобни действия - същата бутилка с вода, хвърлена от високо, ще изпусне цялата вода - споделете материята с други системи - което означава, че системата вече няма да бъде затворена.

Това описание пасва на пистолет и куршум - не работи без пръст на спусъка, тежко тяло и Земята - нищо не се случва, ако не бутнете тялото на земята.

Топлината също трябва да се вземе предвид

Изолирана система в термодинамиката е макротяло, което никога не споделя нищо: енергията, материята и топлината не излизат извън границите на системата. Пример за това е термос. Той запазва степента на излят в него чай, напитка без човешка намеса насилствено (отворете и налейтесебе си) няма да сподели и не изразходва енергия никъде.

Нещо повече, изолирана система винаги се стреми да достигне термодинамично равновесие и е необходим някой друг, който да я изведе от това състояние. Тоест, ако дадем пример за същия термос, тогава при дълъг престой в околната среда чаят все още ще се охлади. Следователно е необходим човек, който отново ще го напълни с горещ чай и системата отново ще бъде термодинамично изолирана.

Защо е необходимо?

Концепцията за изолирана система обхваща много механизми, системи и екосистеми. Човек се нуждае от разбиране как е подреден, за да се грижи правилно за него. Ако това е аквариум, тогава преди да се качите в него с ръце и крака, опитвайки се да го почистите, първо трябва да видите как да направите всичко, за да не го безпокоите. Ако това са механизми или оборудване - как да ги използвате, за да не е мъчително болезнено по-късно да ги ремонтирате.

В същото време, ако го вземем в глобален мащаб, пустинята също е изолирана система: вътре в нея се осъществяват определени механизми на жизнена дейност, които не излизат извън нея. Горите, степите, вулканите и атмосферата служат като относително изолирани екосистеми. Хората, без да разбират как работят, понякога не си дават сметка за мащаба на неприятностите, които създават.

Има още едно "но". Изолирана система никога няма да съществува напълно отделна от другите системи. Но тази концепция съществува. Удобен е за извършване на изчисления по математика, термодинамика, химия и физика. всичкоенергията и материята, които изолирана система излъчва, се приемат за нула и работят с числата, които са необходими в момента.

Изолирайте неизолираните

Дори една отворена система може да се изолира, ако нещо я отдели от околната среда. Адиабатната система действа като преграда, която служи като обвивка за отворена система, което я прави затворена. Може да се сравни с фолио, увито около предмет, опитвайки се да го предпази от слънчевите лъчи.

Ако погледнете в по-широк смисъл, тогава атмосферата на Земята може да послужи за пример - тя защитава планетата от космическо влияние и служи като обвивка, която ни дава живот.

Има закон за запазване на импулса за затворена изолирана система: сумата от импулси в затворена система остава постоянна, независимо как телата взаимодействат едно с друго вътре в системата. И правилно: въпреки че силата на импулсите може да се промени с времето, обстоятелствата, възможностите, тяхната сума ще остане постоянна.

Дебела точка в края…

По този начин заключението се навежда по следния начин:

• Една изолирана система е възможно най-независима от околната среда, произвеждаща енергия, работа и материя в себе си. Тя ще остане постоянна, докато се стреми към баланс.
• Затворена изолирана система също няма да зависи от условията на околната среда, няма да различава нищо от себе си, но работата в нея ще бъде равна на нула общо. Тоест, законът за запазване на импулса ще бъдеразширете до такава система, а не до отворена.
• Изолирана система в термодинамиката няма да зависи от топлината на околната среда. Строителите се опитват да постигнат това състояние, когато изолират къщи. Между другото, пяната може лесно да служи като адиабатна обвивка за къща, което я прави изолирана система.
• По принцип не съществува изолирана система: всичко взаимодейства с нещо. Ако затворите аквариума, водата ще бъде бедна на кислород и рибите ще умрат. Те така или иначе остават на червено.

Науката се нуждае от изолирани системи, за да има чистота на експеримента - някои количества могат да бъдат пренебрегнати. Но в живота - те се нуждаят от подходяща грижа и употреба.