Απομονωμένο σύστημα στη θερμοδυναμική: ορισμός, χαρακτηριστικά και παραδείγματα

2024 Συγγραφέας: Henry Conors | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-02-12 05:53

Υπάρχουν διάφοροι τύποι συστημάτων στη θερμοδυναμική: μεμονωμένα και μη απομονωμένα. Το πού βρίσκονται, πότε εφαρμόζονται, δείχνει πόσο χρήσιμα μπορούν να είναι και πώς να τα φροντίζετε. Διαφορετικά, εάν τέτοια συστήματα αποδειχθούν επιβλαβή για την ανθρώπινη εργασία, πώς να απαλλαγείτε από αυτά.

Τι είναι αυτό;

Ένα απομονωμένο σύστημα είναι απολύτως οποιαδήποτε συσσώρευση ατόμων και μορίων (ένα πράγμα, ένας πλανήτης, ένα ανθρώπινο σώμα) που διατηρεί την ενέργεια όλης της ύλης. Ένα τέτοιο σύστημα είναι εντελώς απομονωμένο από τον έξω κόσμο, ονομάζεται επίσης κλειστό.

Η ουσία ενός απομονωμένου συστήματος είναι ότι, με όλη του την επιθυμία, δεν θα μοιραστεί τη θερμότητα, δεν θα σπαταλήσει ενέργεια, η ουσία θα πρέπει να αφαιρεθεί από αυτό με τη βία. Για παράδειγμα, μπορείτε να κοιτάξετε το ενυδρείο. Διαδικασίες λαμβάνουν χώρα μέσα σε αυτό: τα ψάρια πεθαίνουν, το νερό φθείρεται, τα κοχύλια καταρρέουν. Όμως το ενυδρείο δεν έρχεται σε επαφή με το εξωτερικό περιβάλλον.

Ένα άλλο παράδειγμα απομονωμένου συστήματος είναι το σίδερο - δεν θα ξοδεύει ενέργεια από μόνο του, δεν θα μοιράζεται ουσίες. Ένα τέτοιο φαινόμενο παρατηρείται στους κινητήρες των δεξαμενών, στο ηλιακό σύστημα - σε οτιδήποτε δεν μοιράζεται ενέργεια με άλλους.

Σε κλειστά απομονωμένα συστήματαδεν μπορείτε να πάρετε το αυτοκίνητο - κινείται με μια συγκεκριμένη ταχύτητα μόνο του! Δεν περιλαμβάνει επίσης τσαγιέρες, φυτά, ζωντανούς οργανισμούς - μοιράζονται ουσίες με τον έξω κόσμο. Οι ζωντανοί οργανισμοί εκπέμπουν μεταβολικά προϊόντα, τα φυτά - οξυγόνο, ένας βραστήρας - ατμός όταν βράζουν.

Ενδιαφέρον γεγονός: ένα κλειστό σύστημα ονομάζεται σύστημα όπου το άθροισμα των παραγόμενων δυνάμεων και του έργου είναι ίσο με μηδέν, και απομονωμένο - όπου τα σώματα απλώς δρουν χωριστά από άλλα συστήματα. Ταυτόχρονα, ένα απομονωμένο σύστημα δεν είναι πάντα κλειστό, αλλά ένα κλειστό σύστημα θα είναι απαραίτητα απομονωμένο.

Η κίνηση είναι παγίδα

Υπάρχει μία προειδοποίηση: δεν μπορούν να κινηθούν μόνοι τους, αλλά αν κάποιος τους μετακινήσει, τότε ο κανόνας δεν παραβιάζεται. Έτσι, αν πάρετε ένα απομονωμένο σύστημα και το πετάξετε από ύψος, το ρίξετε κατά λάθος, το ρίξετε από ένα αλεξίπτωτο - δεν πειράζει, δεν θα πάψει να είναι απομονωμένο. Εκτός, φυσικά, εάν σπάσει κατά τη διάρκεια τέτοιων ενεργειών - το ίδιο μπουκάλι νερό που ρίχνεται από ύψος θα απελευθερώσει όλο το νερό - μοιραστείτε την ύλη με άλλα συστήματα - πράγμα που σημαίνει ότι το σύστημα δεν θα είναι πλέον κλειστό.

Αυτή η περιγραφή ταιριάζει με ένα πιστόλι και μια σφαίρα - δεν λειτουργεί χωρίς το δάχτυλο στη σκανδάλη, ένα βαρύ σώμα και τη Γη - τίποτα δεν συμβαίνει αν δεν σπρώξετε το σώμα στο έδαφος.

Η ζέστη θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη

Ένα απομονωμένο σύστημα στη θερμοδυναμική είναι ένα μακροσώμα που ποτέ δεν μοιράζεται τίποτα απολύτως: η ενέργεια, η ύλη και η θερμότητα δεν υπερβαίνουν τα όρια του συστήματος. Ένα παράδειγμα είναι ένα θερμός. Διατηρεί τον βαθμό του τσαγιού που χύνεται σε αυτό, ένα ρόφημα χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση με το ζόρι (άνοιξε και ρίξτεο ίδιος) δεν θα μοιραστεί και δεν ξοδεύει ενέργεια πουθενά.

Επιπλέον, ένα απομονωμένο σύστημα προσπαθεί πάντα να φτάσει σε θερμοδυναμική ισορροπία και χρειάζεται κάποιος άλλος για να το βγάλει από αυτή την κατάσταση. Δηλαδή, αν δώσουμε ένα παράδειγμα του ίδιου θερμός, τότε με μεγάλη παραμονή στο περιβάλλον, το τσάι θα εξακολουθεί να κρυώνει. Επομένως, χρειάζεται ένα άτομο που θα το γεμίσει ξανά με ζεστό τσάι και το σύστημα θα απομονωθεί ξανά θερμοδυναμικά.

Γιατί χρειάζεται;

Η έννοια ενός απομονωμένου συστήματος καλύπτει πολλούς μηχανισμούς, συστήματα και οικοσυστήματα. Ένα άτομο χρειάζεται να κατανοήσει πώς είναι τακτοποιημένο για να το φροντίζει σωστά. Εάν αυτό είναι ένα ενυδρείο, τότε πριν σκαρφαλώσετε σε αυτό με χέρια και πόδια, προσπαθήστε να το καθαρίσετε, πρέπει πρώτα να δείτε πώς να κάνετε τα πάντα για να μην το ενοχλήσετε. Εάν πρόκειται για μηχανισμούς ή εξοπλισμό - πώς να τα χρησιμοποιήσετε, ώστε αργότερα να μην είναι βασανιστικά επίπονη η επισκευή τους.

Ταυτόχρονα, αν το πάρουμε σε παγκόσμια κλίμακα, η έρημος είναι επίσης ένα απομονωμένο σύστημα: ορισμένοι μηχανισμοί ζωτικής δραστηριότητας λαμβάνουν χώρα μέσα της, που δεν ξεπερνούν αυτήν. Τα δάση, οι στέπες, τα ηφαίστεια και η ατμόσφαιρα λειτουργούν ως σχετικά απομονωμένα οικοσυστήματα. Οι άνθρωποι, που δεν καταλαβαίνουν πώς λειτουργούν, μερικές φορές δεν αντιλαμβάνονται τον εαυτό τους την κλίμακα των προβλημάτων που δημιουργούν.

Υπάρχει ένα ακόμα "αλλά". Ένα απομονωμένο σύστημα δεν θα υπάρξει ποτέ εντελώς ξεχωριστό από άλλα συστήματα. Αλλά αυτή η έννοια υπάρχει. Είναι βολικό για υπολογισμούς στα μαθηματικά, τη θερμοδυναμική, τη χημεία και τη φυσική. Ολαη ενέργεια και η ύλη που εκπέμπει ένα απομονωμένο σύστημα λαμβάνονται ως μηδέν και λειτουργούν με τους αριθμούς που χρειάζονται αυτή τη στιγμή.

Απομονώστε τους μη απομονωμένους

Ακόμα και ένα ανοιχτό σύστημα μπορεί να απομονωθεί εάν κάτι το διαχωρίζει από το περιβάλλον. Ένα αδιαβατικό σύστημα λειτουργεί ως διαμέρισμα, το οποίο χρησιμεύει ως κέλυφος για ένα ανοιχτό σύστημα, καθιστώντας το κλειστό. Μπορεί να συγκριθεί με αλουμινόχαρτο που τυλίγεται γύρω από ένα αντικείμενο, προσπαθώντας να το προστατεύσει από τις ακτίνες του ήλιου.

Αν το δει κανείς με μια ευρύτερη έννοια, τότε η ατμόσφαιρα για τη Γη μπορεί να χρησιμεύσει ως παράδειγμα - προστατεύει τον πλανήτη από την κοσμική επιρροή και χρησιμεύει ως ένα κέλυφος που μας δίνει ζωή.

Υπάρχει νόμος διατήρησης της ορμής για ένα κλειστό απομονωμένο σύστημα: Το άθροισμα των παλμών σε ένα κλειστό σύστημα παραμένει σταθερό, ανεξάρτητα από το πώς αλληλεπιδρούν τα σώματα μεταξύ τους μέσα στο σύστημα. Και δικαίως: αν και η δύναμη των παρορμήσεων μπορεί να αλλάξει με το χρόνο, τις περιστάσεις, τις ευκαιρίες, το άθροισμά τους θα παραμείνει σταθερό.

Μια χοντρή κουκκίδα στο τέλος…

Έτσι, το συμπέρασμα προκύπτει ως εξής:

• Ένα απομονωμένο σύστημα είναι όσο το δυνατόν πιο ανεξάρτητο από το περιβάλλον του, παράγοντας ενέργεια, έργο και ύλη μέσα του. Θα παραμείνει σταθερό, ενώ προσπαθεί για ισορροπία.
• Ένα κλειστό απομονωμένο σύστημα δεν θα εξαρτάται επίσης από τις περιβαλλοντικές συνθήκες, δεν θα διακρίνει τίποτα από τον εαυτό του, αλλά η εργασία σε αυτό θα είναι ίση με το μηδέν συνολικά. Δηλαδή ο νόμος διατήρησης της ορμής θα είναιεπεκτείνεται σε ένα τέτοιο σύστημα παρά σε ένα ανοιχτό.
• Ένα απομονωμένο σύστημα στη θερμοδυναμική δεν θα εξαρτάται από τη θερμότητα του περιβάλλοντος. Οι οικοδόμοι προσπαθούν να επιτύχουν αυτήν την κατάσταση όταν μονώνουν τα σπίτια. Παρεμπιπτόντως, ο αφρός μπορεί εύκολα να χρησιμεύσει ως αδιαβατικό κέλυφος για ένα σπίτι, καθιστώντας το ένα μονωμένο σύστημα.
• Ένα απομονωμένο σύστημα δεν υπάρχει κατ' αρχήν: τα πάντα αλληλεπιδρούν με κάτι. Εάν κλείσετε το ενυδρείο, το νερό θα είναι φτωχό σε οξυγόνο και τα ψάρια θα πεθάνουν. Παραμένουν στο κόκκινο πάντως.

Η επιστήμη χρειάζεται μεμονωμένα συστήματα για να έχει την καθαρότητα του πειράματος - ορισμένες ποσότητες μπορούν να παραμεληθούν. Αλλά στη ζωή - χρειάζονται σωστή φροντίδα και χρήση.