Изолированная система термодинамики

Изолированная система термодинамики

Изолированная система термодинамики

Определение 1

Изолированная система термодинамики (другими словами, — замкнутая система) является термодинамической системой, которая не обеспечивает обмен ни энергией, ни веществом в условиях взаимодействия с окружающей средой.

Рисунок 1. Второе начало термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В термодинамике постулатом выступает утверждение о постепенном переходе изолированной системы в положение термодинамического равновесия, выход из которого в самостоятельном формате становится невозможным (речь идет о нулевом начале термодинамики).

Замечание 1

Адиабатически изолированная система выступает в качестве термодинамической системы, не производящей обмен энергии в формате теплоты с окружающей средой. Изменения внутренней энергии подобной системы будет в таком случае равнозначно проводимой над ней работе. Всякий, происходящий в рамках адиабатически изолированной системы, процесс будет носить название «адиабатический».

В практическом плане относительная адиабатическая изоляция будет достигаться посредством заключения системы в адиабатическую оболочку (к примеру, сосуд Дьюара). Реальный процесс также может считаться адиабатическим, в случае протекания в достаточно быстром формате (таким образом, что теплообмен с окружающими телами становится пренебрежительно малым за короткий временной промежуток).

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Типы термодинамических систем

Рисунок 2. Термодинамическая система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Термодинамическая система считается в физике объектом исследования в термодинамике. Она выступает в качестве отдельного макроскопического тела (либо группы), которые фактически отделены от окружающей среды посредством границы раздела (оболочки или перегородки).

Такая система будет характеризоваться благодаря макроскопическим параметрами, таким, как объем, давление, температура, и состоять из большого количества микроскопических частиц. Различают такие термодинамические системы:

  • изолированная (представляющая систему, не обменивающуюся ни за счет массы, ни энергии, с окружающей средой);
  • закрытая является системой (не способной обмениваться с окружающей средой массой, но производящая при этом энергетический обмен);
  • открытая производит обмен со средой, которая ее окружает, посредством массы и энергии (речь может идти, например, о живом организме).

В условиях изолированной системы общее изменение энтропии оказывается всегда положительным, иными словами, всегда возрастающей будет общая энтропия изолированной системы. При этом в одной части системы энтропия склонна к уменьшению, например, однако, это обязательно должно компенсироваться за счет увеличения ее в остальных частях системы.

Второе начало термодинамики для изолированных систем

Рисунок 3. Второе начало термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Термодинамическая вероятность представляет количество вариантов размещения молекул и также распределения их скоростей, соответствующее данному состоянию системы.

Исходя из самого смысла этого понятия, любая предоставленная сама себе (то есть изолированная) система будет переходящей из состояния с меньшей вероятностью в состояние с большей. Обратный переход становится в таких условиях принципиально возможным (теоретически), но практически невероятным.

На основании формулы Больцмана, формулируется второе начало термодинамики: все реальные процессы в условиях изолированной системы выполняются в сторону состояний с большей вероятностью, то есть с повышением энтропии. То есть, второе начало будет представлять вероятностный закон.

Флуктуации считаются демонстрационным примером вероятностного характера физических процессов. Так, невозможно с абсолютной уверенностью и точностью предвидеть направление и место изменений плотности, например, в данном объеме газа. Но вполне возможным становится при этом расчет вероятности определенной флуктуации.

Флуктуации присутствуют и в живых организмах. Вследствие флуктуаций молекул мембраны, например, каналы, через которые осуществляется ионный перенос через мембрану, случайным образом могут то закрываться, то открываться, что демонстрируют опыты.

Флуктуации в рецепторных клетках ощутимо воздействуют на восприятие слабых сигналов (света, звука и пр.), которые теряются на фоне так называемого «флуктуационного шума» (хаотичных колебаний на мембране разности потенциалов вследствие флуктуаций).

Изолированная система в окружающем мире

Изолированная система в окружающем мире проявляется следующим образом:

Даже для открытой системы возможна изоляция при условии ее отгораживания от окружающей среды посредством чего-то.Перегородкой выступит в таком случае адиабатическая система, служащая оболочкой для открытой системы и превращающая ее в замкнутую.

Так, она сравнима с фольгой для обматывания предмета в стремлении защитить его от солнечных лучей. В более масштабном смысле примером может быть атмосфера для Земли, выступающая в качестве защиты планеты от космических воздействий на нее и служащая оболочкой, дающей жизнь биологическим организмам.

Замечание 2

Для изолированной системы (замкнутого типа) существует закон сохранения импульса: сумма импульсов в такой системе остается постоянной величиной, несмотря на способ взаимодействия тел друг с другом внутри системы.

При этом, такая система также не будет зависимой от условий окружающей среды и выделять из себя что-то, однако работа в ней суммарно будет соответствовать нулевому значению. Закон сохранения импульсов будет распространен, скорее, именно на такую систему, чем на систему незамкнутого типа.

В термодинамике изолированная система не будет зависимой от теплоты окружающей среды. К подобному состоянию стремятся строители в плане утепления домов. Кстати, пенопласт вполне может выступить в качестве адиабатической оболочки для дома, превращая его в изолированную систему.

В природе изолированной системы, в принципе, не существует, поскольку все с чем-то будет взаимодействовать. Изолированные системы нужны в науке в экспериментальных целях.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/termodinamika/izolirovannaya_sistema_termodinamiki/

Термодинамические системы: определение, классификация систем (изолированные, закрытые, открытые) и процессов (изотермические, изобарные, изохорные). Стандартное состояние

Изолированная система термодинамики

Термодинамикаэто наука, изучающая общие закономерности протекания процессов, сопровождающихся выделением, поглощением и превращением энергии.

Химическая термодинамика изучает взаимные превращения химической энергии и других ее форм – тепловой, световой, электрической и т.д.

, устанавливает количественные законы этих переходов, а также позволяет предсказать устойчивость веществ при заданных условиях и их способность вступать в те или иные химические реакции.

Объект термодинамического рассмотрения называют термодинамической системой или просто системой.

Система – любой объект природы, состоящий из большого числа молекул (структурных единиц) и отделённый от других объектов природы реальной или воображаемой граничной поверхностью (границей раздела).

Состояние системы – совокупность свойств системы, позволяющих определить систему с точки зрения термодинамики.

Типы термодинамических систем:

I. По характеру обмена веществом и энергией с окружающей средой:

1. Изолированная система – не обменивается со средой ни веществом, ни энергией (Δm = 0; ΔE = 0) — термос.

2. Закрытая система – не обменивается со средой веществом, но может обмениваться энергией (закрытая колба с реагентами).

3. Открытая система – может обмениваться со средой, как веществом, так и энергией (человеческое тело).

II. По агрегатному состоянию:

1. Гомогенная – отсутствие резких изменений физических и химических свойств при переходе от одних областей системы к другим (состоят из одной фазы).

2. Гетерогенная – две или более гомогенные системы в одной (состоит из двух или нескольких фаз).

Фаза – это часть системы, однородная во всех точках по составу и свойствам и отделенная от других частей системы поверхностью раздела. Примером гомогенной системы может служить водный раствор.

Но если раствор насыщен и на дне сосуда есть кристаллы солей, то рассматриваемая система – гетерогенна (есть граница раздела фаз).

Другим примером гомогенной системы может служить простая вода, но вода с плавающим в ней льдом – система гетерогенная.

Фазовый переход — превращения фаз (таяние льда, кипение воды).

Термодинамический процесс — переход термодинамической системы из одного состояния в другое, который всегда связан с нарушением равновесия системы.

Классификация термодинамических процессов:

1.Изотермический — постоянная температура – T = const

2.Изобарный — постоянное давление – p = const

3.Изохорный — постоянный объем – V = const

Стандартное состояние — это состояние системы, условно выбранное в качестве стандарта для сравнения.

Для газовой фазы — это состояние химически чистого вещества в газовой фазе под стандартным давлением 100 кПа (до 1982 года — 1 стандартная атмосфера, 101 325 Па, 760 мм ртутного столба), подразумевая наличие свойств идеального газа.

Для беспримесной фазы, смеси или растворителя в жидком или твёрдом агрегатном состоянии — это состояние химически чистого вещества в жидкой или твёрдой фазе под стандартным давлением.

Для раствора — это состояние растворённого вещества со стандартной моляльностью 1 моль/кг, под стандартным давлением или стандартной концентрации, исходя из условий, что раствор неограниченно разбавлен.

Для химически чистого вещества — это вещество в чётко определённом агрегатном состоянии под чётко определённым, но произвольным, стандартным давлением.

В определение стандартного состояния не входит стандартная температура, хотя часто говорят о стандартной температуре, которая равна 25 °C (298,15 К).

Основные понятия термодинамики: внутренняя энергия, работа, теплота.

Внутренняя энергия U — общий запас энергии, включая движение молекул, колебания связей, движение электронов, ядер и. д., т. е. все виды энергии кроме кинетической и потенциальной энергии системы в целом.

Нельзя определить величину внутренней энергии какой-либо системы, но можно определить изменение внутренней энергии ΔU, происходящее в том или ином процессе при переходе системы из одного состояния (с энергией U1) в другое (с энергией U2):

ΔU= U2- U1

ΔU зависит от вида и количества рассматриваемого вещества и условий его существования.

Суммарная внутренняя энергия продуктов реакции отличается от суммарной внутренней энергии исходных веществ, т.к. в ходе реакции происходит перестройка электронных оболочек атомов взаимодействующих молекул.

Энергия может передаваться от одной системы к другой или от одной части системы к другой в форме теплоты или в форме работы.

Теплота (Q) – форма передачи энергии путем хаотического, неупорядоченного движения частиц.

Работа (А) – форма передачи энергии путем упорядоченного перемещения частиц под действием каких-либо сил.

Единицей измерения работы, теплоты и внутренней энергии в системе СИ служит джоуль (Дж). 1 джоуль – это работа силы в 1 ньютон на расстоянии 1 м (1 Дж = 1 Н×м = 1 кг×м2/с2).

В старой химической литературе широко использовалась единица количества теплоты и энергии калория (кал). 1 Калория – это такое количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 г воды на 1°C. 1 Кал = 4,184 Дж≈4,2 Дж.

Теплоты химических реакций удобнее выражать в килоджоулях или килокалориях: 1 кДж = 1000 Дж, 1 ккал = 1000 кал.

3. Первое начало термодинамики. Энтальпия. Стандартная энтальпия образования вещества. Стандартная энтальпия сгорания вещества. Стандартная энтальпия реакции.

Мерой внутренней энергии хаотического теплового (Броун) движения частиц в теле служит температура. Если тело А, вступая в контакт с телом В, отдает ему теплоту, то тело А имеет более высокую температуру, чем тело В.

В тоже время нулевое начало термодинамики утверждает, что если тело А находится в тепловом равновесии (имеет одинаковую температуру) с телом В и телом С, то температура тел В и С также одинакова. Это начало лежит в основе измерения температуры при помощи термометра.

При тепловом равновесии дальнейший обмен тепловой энергией невозможен.

Первое начало термодинамики, или закон сохранения энергии, гласит, что энергия не может возникать из ничего и исчезать, а только переходит из одной формы в другую. Например, внутренняя энергия, содержащаяся в веществе, может превращаться в тепловую, световую (пламя), электрическую (химический аккумулятор) и т.д.

Например, сообщим системе некоторое количество тепловой энергии Q, которая расходуется на совершение работы A и на изменение состояния внутренней энергии системы ΔU:

Q = A + ΔU

Теплота, выделяемая система, и теплота, поглощаемая ею, имеют противоположные знаки. Если система поглощает теплоту в данном процессе, то Q положительна, если выделяет– отрицательна. Работа (А) положительна, если она совершается системой над окружающей средой; если же работа совершается над системой, то А отрицательна.

Энтальпия: функция состояния системы, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изобарном процессе.

Н = U + pV

Тепловой эффект реакции, протекающей в изобарическом режиме, равен разности между суммой энтальпий продуктов реакции и суммой энтальпий исходных веществ.

Qр=Нпрод – Нисх = ΔН

Для экзотермической реакции ΔН0.

Стандартная энтальпия образования вещества (ΔH0обр) – тепловой эффект реакции образования 1 моль вещества из простых веществ, при условии, что все участники реакции находятся в стандартном состоянии.

Стандартная энтальпия сгорания вещества (ΔH0сгор) – тепловой эффект реакции окисления (сгорания) 1 моля вещества достаточным количеством кислорода с образованием обычных продуктов полного окисления при стандартных условиях.

ΔH0сгор вещества, содержащего С, Н, О и N, — тепловой эффект реакции окисления 1 моля этого вещества кислородом с образованием СО2, жидкой Н2О и N2.

Калорийность продуктов питания – суммарное количество энергии, выделяющееся при полном окислении 1 г продукта питания (определяется в калориметре).

Калорийность продуктов питания: углеводы – 4 ккал/г, белки – 4 ккал/г, жиры – 9 ккал/г.

Зная эти величины и %-е содержание белков, жиров и углеводов в каком-либо продукте питания, можно рассчитать его калорийность, что является важным при составлении диет при разных заболеваниях.

Стандартная энтальпия реакции — это разность между суммой энтальпий образования продуктов реакции и суммой энтальпий образования реагентов с учетом стехиометрических количеств веществ

ΔH = ∑(nΔH)продукты — ∑(nΔH)реагенты

Для некоторой реакции

стандартная энтальпия реакции равна:

ΔH°298 = (nCΔH°298(С) + nDΔH°298(D)) — (nAΔH°298(A) + nBΔH°298(B))

Пример. Стандартная энтальпия следующей реакции:

4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(г)ΔH°298 = (nNO·ΔH°298(NO) + nH2O·ΔH°298(H2O)) — (nNH3·ΔH°298(NH3) + nO2·ΔH°298(O2)) = = (4·(+91) + 6·(-242)) — (4·(-46) + 5·(0)) = -904 кДж

Источник: https://cyberpedia.su/17x4952.html

Термодинамические системы: изолированные, закрытые, открытые, гомогенные, гетерогенные

Изолированная система термодинамики

При изложенииосновных положений термодинамикипользуются набором определенных строгосформулированных понятий, начальноеиз которых – понятие термодинамическойсистемы, являющейся объектомисследования в термодинамике.

Под термодинамическойсистемой подразумевают избраннуюсовокупность тел или веществ, состоящуюиз большого числа структурных единиц(молекул, атомов, ионов) и отделенную отокружающей внешней среды определеннойграницей или поверхностью раздела.Внешнюю среду или внешний мирпредставляет собой то, что находитсявне оболочки системы.

Выделениетермодинамической системы из окружающейсреды или внешнего мира весьмаотносительно.

Менее сложные системы,являясь самостоятельной структурнойединицей, могут одновременно бытьсоставными частями более сложных систем,в этом случае они часто называютсяподсистемами.

Это можно проиллюстрироватьна примере биологических систем,расположенных в порядке усложнения вследующем иерархическом ряду: органелла– клетка – ткань – орган – системаорганов – организм – популяция –биоценоз – биосфера.

Границаилиповерхность разделатермодинамической системыможетпредставлять собой какую-нибудь реальнуюоболочку.

Например, стенки сосуда, вкотором осуществляется химическаяреакция, мембрана животной и растительнойклетки. Но чаще всего эта граница бываетвоображаемой или условной и наделеннойзаранее заданными свойствами.

Так,она может быть проницаемой илинетеплопроводной, механически жесткойили нежесткой, т.е. способной изменятьсвои размеры.

В зависимости отсвойств поверхности раздела,термодинамические системы делятся, впервую очередь, на изолированные,закрытыеиоткрытые(рис. 2).

Изолированныесистемыне могут обмениваться сокружающей средой ни веществом, ниэнергией.Закрытые системыобмениваются с внешним миром толькоэнергией, аоткрытые– и веществом,и энергией.

Рис. 2. Примеры закрытой (а),открытой (б) и изолированной (в)систем

Следуетподчеркнуть, что реальные системыникогда не бывают абсолютно изолированными,они лишь в той или иной степени приближаютсяк данному понятию, но полностью с нимне совпадают.

Некоторые системыможно поместить (реально или мысленно)в условия, которые делают их искусственноизолированными. Примером такойизолированной системы можно считатьхимическую реакцию, идущую в термостате.Изменение энергии в ходе протеканияреакции компенсируется включением иливыключением нагревателя, в результатечего общая энергия системы будетоставаться постоянной.

Закрытые и открытыесистемы могут существовать реально,причем наиболее распространеннымисистемами в природе являются открытыесистемы. К их числу относятся всебиологические системы: животные ирастительные клетки, организмы, человеки т.д. Примером закрытой системы являетсялюбой герметический сосуд, в которомпротекает та или иная химическая реакция.

Термодинамикаоткрытых систем описывается с помощьюсложного математического аппарата,который до настоящего времени полностьюне разработан. Закрытые и особенноизолированные системы имеют болеепростое математическое описание, иполученные на их основе результатычасто успешно используются дляпрогнозирования протекания аналогичныхфизико-химических процессов в открытыхсистемах.

В зависимости отсвоего состава термодинамическиесистемы подразделяются на простыеилиоднокомпонентныеисложныеилимногокомпонентные (рис. 3).

Рис. 3.

Различные видытермодинамических систем: а–однофазная гомогенная система, состоящаяиз воды;б– двухфазнаяоднокомпонентная система «вода – пар»;в– трехфазная однокомпонентнаясистема «лед – вода – пар»;г–трехфазная многокомпонентная система«СаСО3– СаО – СО2»;д– четырехфазная многокомпонентнаясистема «ртуть – вода – бензол – пар»;е– неустановившаяся система снеопределенным числом фаз

Простые системысостоят только из одного вещества,сложные системывключают в себянесколько различных химических веществ.

Если междуотдельными частями системы не существуетфизических, т.е. реальных границ раздела,то такие системы называются гомогенными(однородными). Свойстваданных систем, находящихся в состоянииравновесия, одинаковы во всех их точках.

Существуюттакже системы, между отдельными частямикоторых имеются границы раздела. Припереходе через них многие свойстваменяются скачкообразно. Такие системыназываются гетерогенными.

Совокупность всеходнородных по составу и физико-химическимсвойствам частей гетерогенной системы,отделенной четкой и определеннойповерхностью раздела, называется фазой.Гомогенные системы всегда состоят изодной фазы, а гетерогенные являютсямногофазными: двухфазными, трехфазнымии т.д.

Очень часто вещества, находящиесяв различных фазах, отличаются друг отдруга агрегатными состояниями (рис. 3).Но могут быть и гетерогенные системы,в которых разные фазы находятся в одноми том же агрегатном состоянии. Например,три несмешивающиеся между собой жидкости:бензол, вода и ртуть (рис. 3).

И гомогенные, игетерогенные системы могут бытьоднокомпонентными и многокомпонентными.Однокомпонентной гомогенной системойявляется любое жидкое или газообразноевещество, помещенное в тот или инойсосуд (герметический или открытый).

Трехфазнойгетерогенной системой, состоящей изодного химического вещества, является,например, сосуд, частично заполненныйводой, в которой плавают кусочки льда,а над поверхностью жидкости находятсяводяные пары.

Многокомпонентнойгомогенной системой является смесь изнескольких газов (например, воздух),истинный раствор вещества (или смесивеществ) в воде либо в каком-нибудьдругом растворителе.

Источник: https://studfile.net/preview/5363437/page:2/

Типы термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые)

Изолированная система термодинамики

Основные понятия термодинамики

Термодинамика – это часть раздела физической химии, которая изучает энергетику физических, физико-химических, химических процессов, законы взаимного превращения различных видов энергии, связанных с переходом энергии между телами в форме теплоты и работы и отвечает на вопросы:

1) Возможен ли процесс?

2) В какую сторону, и при каких условиях он будет направлен.

3) Нахождение предела протекания процесса.

4) Выбор оптимального режима повышения выхода продукта

Интенсивные параметры

Это параметры, которые поддаются непосредственному измерению, не зависят от числа частиц в системе и выравниваются при контакте систем (температура (T), давление (P), концентрация (C), плотность ( ) и т.д.)

Экстенсивные параметры

Это параметры системы, которые не поддаются непосредственному измерению, пропорциональны числу частиц в системе и суммируются при контакте систем (масса m, объём V, скорость v, энтальпия H, энтропия S, энергия Гиббса G)

Функция состояния

Функция состояния в термодинамике — функция независимых параметров, определяющих равновесное состояние термодинамической системы; не зависит от пути (характера процесса), следуя которому система пришла в рассматриваемое равновесное состояние. К функциям состояния относятся:

Внутренняя энергия

Энтропия

— Энтальпия

— Свободная энергия Гиббса и т.д.

Внутренняя энергия

Внутренняя энергия – это сумма всех видов энергии движения и взаимодействия частиц в системе. К ним относятся:

а) Кинетическая энергия молекулярного движения

б) Межмолекулярная энергия притяжения и отталкивания частиц

в) Внутримолекулярная или химическая энергия.

Величина внутренней энергии зависит от природы вещества, массы, параметров состояния системы.

Внутреннюю энергию относят к 1 молю вещества и называют молярной внутренней энергией: [Дж/моль]

Внутренняя энергия U – это общий запас энергии системы, слагаемой из кинетической энергии движения частиц (молекул, атомов, ионов, электронов и др.) и потенциальной энергии их взаимодействия

Изменение внутренней энергии не зависит от пути процесса и происходит путём поглощения или выделения теплоты и совершения работы

, если внутренняя энергия системы при протекании процесса возрастает

, если убывает

, если не изменяется

Работа и теплота — две формы передачи энергии

Передача энергии осуществляет в виде теплоты (Q) и работы (A). Теплота – это нецеленаправленный способ передачи энергии. Работа – целенаправленный способ передачи энергии.

Обозначение теплоты буквой Q применимо к тепловому эффекту с точки зрения окружающей среды (термохимический подход).

Обозначение применяется при рассмотрении теплового эффекта с точки зрения системы (термодинамический подход).

[Q] = Дж, кДж

экзотермический процесс ; – эндотермический процесс

Типы термодинамических систем (изолированные, закрытые, открытые)

Термодинамическая система (ТДС) – объект изучения термодинамики. Это отдельное макроскопическое тело или группа тел, фактически или мысленно отделённых от окружающей среды границей раздела (перегородка, оболочка).

ТДС характеризуется макроскопическими параметрами (объём, давление, температура и т.д.) и состоит из большого числа микроскопических частиц. Окружающая среда – всё, что находится в прямом или косвенном контакте с ТДС.

Различают термодинамические системы:

1.) Изолированная – это система, которая не обменивается с окружающей средой ни массой, ни энергией. (в природе не существует)

2) Закрытая – это система, которая не обменивается с определенной средой массой, но обменивается энергией (пример — закрытый термос с чаем)

3) Открытая – это система, которая обменивается массой и энергией с окружающей средой. (например, живой организм)

Термодинамическое равновесие – постоянство всех свойств во времени в любой точке системы и отсутствие потока вещества и энергии.

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: https://megalektsii.ru/s4353t7.html

Изолированная система в термодинамике: определение, особенности и примеры

Изолированная система термодинамики

В термодинамике есть несколько видов систем: изолированная и неизолированная. То, где они встречаются, когда применяются, показывает, насколько они полезными могут быть и как за ними ухаживать. В противном случае, если такие системы оказываются вредными для работы человека, – как от них избавиться.

Что это такое?

Изолированная система – это абсолютно любое скопление атомов и молекул (вещь, планета, человеческое тело), которое сохраняет в себе энергию всего вещества. Такая система полностью изолирована от внешнего мира, её ещё называют замкнутой.

Суть изолированной системы сводится к тому, что она при всём своём желании не будет делиться теплотой, не транжирит энергию, вещество у неё отнимать придётся силой. Для примера можно посмотреть на аквариум. Внутри него происходят процессы: дохнут рыбки, портится вода, разрушаются ракушки. Но с внешней средой аквариум не контактирует.

Ещё одним примером изолированной системы является утюг – энергию сам не потратит, веществами не поделится. Такое явление наблюдается у танковых двигателей, Солнечной системы – у всего, что не делится энергией с другими.

К замкнутым изолированным системам нельзя отнести автомобиль – он передвигается с определённой скорость сам! Также не относятся чайники, растения, живые организмы – они делятся с окружающим миром веществами. Живые организмы выделяют продукты обмена, растения – кислород, чайник – пар при закипании.

Интересный факт: замкнутой называют такую систему, где сумма производимых сил и работы равна нулю, а изолированной – где тела просто действуют отдельно от других систем. При этом изолированная система не всегда замкнутая, но замкнутая система обязательно будет изолированной.

В движениях – ловушка

Есть один нюанс: двигаться им самим нельзя, а вот если их кто-то передвигает, то правило не нарушается.

Так, если взять изолированную систему и кинуть её с высоты, случайно уронить, сбросить с парашюта – неважно, изолированной она быть не перестанет.

Если конечно не разбить её при таких действиях – та же бутылка с водой, скинутая с высоты, выпустит наружу всю воду – поделится с другими системами веществом – что означает, что система будет уже не замкнутой.

Под такое описание подходят пистолет и пуля – не действует без пальца на курке, тяжёлое тело и Земля – ничего не происходит, если не толкнуть тело на почву.

Теплоту учитывать тоже надо

Изолированная система в термодинамике – это макротело, которое вообще ни разу ничем не делится: энергия, вещество и тепло не выходят за пределы системы. Как пример – термос. Он сохраняет градус налитого в него чая, напитком без вмешательства человека насильно (открыть и вылить самому) не поделится, и энергию никуда не тратит.

Причем изолированная система всегда стремится прийти в термодинамическое равновесие, и нужен кто-то третий, чтобы её вывели из этого состояния. То есть, если приводить пример того же термоса, то при длительном его нахождении в окружающей среде чай все равно остынет. Поэтому нужен человек, который опять его зальёт горячим чаем, и система вновь будет термодинамически изолированной.

Зачем оно надо?

Понятие изолированной системы охватывает многие механизмы, системы и экосистемы. Человеку понимание того, как они устроены, нужно для того, чтобы правильно за ними ухаживать.

Если это аквариум, то перед тем, чтобы в него полезть с руками и ногами, пытаясь почистить, нужно сначала посмотреть, как сделать всё так, чтобы не нарушить её.

Если это механизмы или оборудование – как ими пользоваться, чтобы потом не было мучительно больно их чинить.

При этом, если брать в глобальных масштабах, пустыня — тоже изолированная система: внутри неё происходят определённые механизмы жизнедеятельности, которые за её пределы не выходят. Леса, степи, вулканы, а также атмосфера служат относительно изолированными экосистемами. Люди, не понимая, как они работают, порой сами не осознают, беды какого масштаба они создают.

Есть ещё одно «но». Изолированная система никогда не будет существовать абсолютно отдельно от других систем. Но это понятие существует. Оно удобно для того, чтобы проводить подсчеты в математике, термодинамике, химии и физике. Всю энергию и вещество, что выделяет изолированная система, принимают за ноль и оперируют теми числами, которые необходимы в данный момент.

Изолируем неизолируемое!

Даже открытая система может стать изолированной, если её отгородить чем-то от окружающей среды. В роли перегородки выступает адиабатическая система, которая служит оболочкой для открытой системы, делая её замкнутой. Ее можно сравнить с фольгой, которой обматывают предмет, стремясь защитить его от солнечных лучей.

Если разглядывать в более широком смысле, то примером может служить атмосфера для Земли – она защищает планету от космического влияния и служит оболочкой, которая даёт нам жизнь.

Существует закон сохранения импульса для замкнутой изолированной системы: Сумма импульсов в замкнутой системе остается постоянной, как бы тела не взаимодействовали между собой внутри системы. И это правильно: хоть сила импульсов может меняться со временем, обстоятельствами, возможностями, все равно их сумма будет оставаться постоянной.

В конце – жирная точка…

Таким образом, вывод напрашивается такой:

  • Изолированная система не зависит от окружающей среды, насколько это вообще возможно, производя внутри себя энергию, работу и вещество. Она останется постоянной, при этом стремясь к равновесию.
  • Замкнутая изолированная система тоже будет не зависеть от условий окружающей среды, из себя ничего не выделять, но работа в ней будет суммарно равна нулю. То есть закон сохранения импульсов будет распространяться скорее на такую систему, чем на незамкнутую.
  • Изолированная система в термодинамике не будет зависеть от теплоты окружающей среды. Этого состояния пытаются добиться строители, когда утепляют дома. Кстати, пенопласт легко может служить адиабатической оболочкой для дома, делая его изолированной системой.
  • Изолированной системы не существует в принципе: всё с чем-то взаимодействует. Если закрыть аквариум, вода будет бедной на кислород, и рыбки будут дохнуть. Они в любом случае остаются в минусе.

Изолированные системы нужны науке для того, чтобы была чистота эксперимента – некоторыми величинами можно пренебречь. А в жизни – за ними нужен правильный уход и использование.

Источник: https://FB.ru/article/337870/izolirovannaya-sistema-v-termodinamike-opredelenie-osobennosti-i-primeryi

Booksm
Добавить комментарий