Sistemi i izoluar në termodinamikë: përkufizimi, veçoritë dhe shembujt

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-02-12 12:44

Ka disa lloje sistemesh në termodinamikë: të izoluar dhe jo të izoluar. Vendi ku gjenden, kur aplikohen, tregon se sa të dobishëm mund të jenë dhe si të kujdeseni për to. Përndryshe, nëse sisteme të tilla rezultojnë të dëmshme për punën e njeriut, si të shpëtojmë prej tyre.

Çfarë është kjo?

Një sistem i izoluar është absolutisht çdo akumulim i atomeve dhe molekulave (një gjë, një planet, një trup njerëzor) që ruan energjinë e të gjithë materies. Një sistem i tillë është plotësisht i izoluar nga bota e jashtme, quhet edhe i mbyllur.

Thelbi i një sistemi të izoluar është që, me gjithë dëshirën e tij, ai nuk do të ndajë nxehtësinë, nuk do të shpenzojë energji, substanca duhet t'i hiqet me forcë. Për shembull, mund të shikoni në akuarium. Proceset zhvillohen brenda tij: peshqit ngordhin, uji përkeqësohet, predha shembet. Por akuariumi nuk bie në kontakt me mjedisin e jashtëm.

Një shembull tjetër i një sistemi të izoluar është një hekur - ai nuk do të shpenzojë vetë energji, nuk do të ndajë substanca. Një fenomen i tillë vërehet në motorët e tankeve, në sistemin diellor - në gjithçka që nuk ndan energji me të tjerët.

Për sistemet e mbyllura të izoluaraju nuk mund ta merrni makinën - ajo lëviz vetë me një shpejtësi të caktuar! Ai gjithashtu nuk përfshin çajnikët, bimët, organizmat e gjallë - ato ndajnë substanca me botën e jashtme. Organizmat e gjallë lëshojnë produkte metabolike, bimët - oksigjen, një kazan - avull kur zien.

Fakt interesant: një sistem i mbyllur quhet një sistem ku shuma e forcave dhe punës së prodhuar është e barabartë me zero, dhe i izoluar - ku trupat thjesht veprojnë veçmas nga sistemet e tjera. Në të njëjtën kohë, një sistem i izoluar nuk është gjithmonë i mbyllur, por një sistem i mbyllur do të jetë domosdoshmërisht i izoluar.

Lëvizja është një kurth

Ka një paralajmërim: ata nuk mund të lëvizin vetë, por nëse dikush i lëviz, atëherë rregulli nuk shkelet. Pra, nëse merrni një sistem të izoluar dhe e hidhni nga një lartësi, e hidhni aksidentalisht, e hidhni nga një parashutë - nuk ka rëndësi, nuk do të pushojë së qeni i izoluar. Nëse, sigurisht, nuk prishet gjatë veprimeve të tilla - e njëjta shishe uji e hedhur nga një lartësi do të lëshojë të gjithë ujin - ndaje lëndën me sisteme të tjera - që do të thotë se sistemi nuk do të mbyllet më.

Ky përshkrim i përshtatet një pistolete dhe një plumbi - nuk funksionon pa gisht në këmbëzë, një trup të rëndë dhe Tokë - asgjë nuk ndodh nëse nuk e shtyni trupin në tokë.

Nxehtësia duhet të merret parasysh gjithashtu

Një sistem i izoluar në termodinamikë është një makrotrup që nuk ndan kurrë asgjë fare: energjia, materia dhe nxehtësia nuk shkojnë përtej kufijve të sistemit. Një shembull është një termos. Ruan shkallën e çajit të derdhur në të, një pije pa ndërhyrje njerëzore me forcë (hap dhe derdhvetë) nuk do të ndajë dhe nuk shpenzon energji askund.

Për më tepër, një sistem i izoluar gjithmonë përpiqet të arrijë ekuilibrin termodinamik dhe dikush tjetër duhet për ta nxjerrë atë nga kjo gjendje. Kjo do të thotë, nëse japim një shembull të të njëjtit termos, atëherë me një qëndrim të gjatë në mjedis, çaji do të ftohet përsëri. Prandaj nevojitet një person që do ta mbushë sërish me çaj të nxehtë dhe sistemi sërish do të izolohet termodinamikisht.

Pse nevojitet?

Koncepti i një sistemi të izoluar mbulon shumë mekanizma, sisteme dhe ekosisteme. Një person ka nevojë për të kuptuar se si janë rregulluar në mënyrë që të kujdeset siç duhet për ta. Nëse ky është një akuarium, atëherë para se të ngjiteni në të me krahë dhe këmbë, duke u përpjekur ta pastroni, së pari duhet të shihni se si të bëni gjithçka në mënyrë që të mos e shqetësoni. Nëse këto janë mekanizma ose pajisje - si t'i përdorni ato, në mënyrë që më vonë të mos jetë jashtëzakonisht e dhimbshme t'i riparoni.

Në të njëjtën kohë, nëse e marrim në shkallë globale, shkretëtira është gjithashtu një sistem i izoluar: brenda saj zhvillohen mekanizma të caktuar të aktivitetit jetësor, të cilët nuk shkojnë përtej saj. Pyjet, stepat, vullkanet dhe atmosfera shërbejnë si ekosisteme relativisht të izoluara. Njerëzit, duke mos kuptuar se si punojnë, ndonjëherë nuk e kuptojnë vetë shkallën e telasheve që krijojnë.

Ka edhe një "por". Një sistem i izoluar nuk do të ekzistojë kurrë plotësisht i ndarë nga sistemet e tjera. Por ky koncept ekziston. Është i përshtatshëm për të bërë llogaritjet në matematikë, termodinamikë, kimi dhe fizikë. Të gjithaenergjia dhe lënda që lëshon një sistem i izoluar merren si zero dhe funksionojnë me numrat që nevojiten për momentin.

Izoloni të paizoluarit

Edhe një sistem i hapur mund të izolohet nëse diçka e ndan atë nga mjedisi. Një sistem adiabatik vepron si një ndarje, e cila shërben si një guaskë për një sistem të hapur, duke e bërë atë të mbyllur. Mund të krahasohet me fletë metalike të mbështjellë rreth një objekti, duke u përpjekur për ta mbrojtur atë nga rrezet e diellit.

Nëse e shikoni në një kuptim më të gjerë, atëherë atmosfera për Tokën mund të shërbejë si shembull - ajo mbron planetin nga ndikimi kozmik dhe shërben si një guaskë që na jep jetë.

Ekziston një ligj i ruajtjes së momentit për një sistem të mbyllur të izoluar: Shuma e impulseve në një sistem të mbyllur mbetet konstante, pavarësisht se si trupat ndërveprojnë me njëri-tjetrin brenda sistemit. Dhe me të drejtë: megjithëse forca e impulseve mund të ndryshojë me kohën, rrethanat, mundësitë, shuma e tyre do të mbetet ende konstante.

Një pikë e trashë në fund…

Kështu, përfundimi sugjeron veten si më poshtë:

Një sistem i izoluar është sa më i pavarur nga mjedisi i tij, duke prodhuar energji, punë dhe lëndë brenda vetes. Do të mbetet konstante, ndërsa përpiqet për ekuilibër.
Një sistem i mbyllur i izoluar gjithashtu nuk do të varet nga kushtet mjedisore, nuk do të dallojë asgjë nga vetja, por puna në të do të jetë e barabartë me zero në total. Kjo do të thotë, ligji i ruajtjes së momentit do të jetështrihet në një sistem të tillë dhe jo në një të hapur.
Një sistem i izoluar në termodinamikë nuk do të varet nga nxehtësia e mjedisit. Ndërtuesit përpiqen ta arrijnë këtë gjendje kur izolojnë shtëpitë. Meqë ra fjala, shkuma mund të shërbejë lehtësisht si një guaskë adiabatike për një shtëpi, duke e bërë atë një sistem të izoluar.
Një sistem i izoluar nuk ekziston në parim: gjithçka ndërvepron me diçka. Nëse mbyllni akuariumin, uji do të jetë i varfër me oksigjen dhe peshqit do të vdesin. Ata mbeten gjithsesi në të kuqe.

Shkenca ka nevojë për sisteme të izoluara në mënyrë që të ketë pastërtinë e eksperimentit - disa sasi mund të neglizhohen. Por në jetë - ata kanë nevojë për kujdesin dhe përdorimin e duhur.