Izoliuota termodinamikos sistema: apibrėžimas, savybės ir pavyzdžiai

2024 Autorius: Henry Conors | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-02-12 10:28

Terodinamikoje yra kelių tipų sistemos: izoliuotos ir neizoliuotos. Kur jie randami, kada jie naudojami, parodo, kokie jie gali būti naudingi ir kaip juos prižiūrėti. Priešingu atveju, jei paaiškėtų, kad tokios sistemos kenkia žmogaus darbui, kaip jų atsikratyti.

Kas tai?

Izoliuota sistema yra absoliučiai bet koks atomų ir molekulių (daikto, planetos, žmogaus kūno) sankaupa, kuri išsaugo visos materijos energiją. Tokia sistema yra visiškai izoliuota nuo išorinio pasaulio, ji taip pat vadinama uždara.

Izoliuotos sistemos esmė ta, kad su visu troškimu ji nesidalins šiluma, nešvaistys energijos, medžiagą iš jos reikės atimti jėga. Pavyzdžiui, galite pažvelgti į akvariumą. Jo viduje vyksta procesai: žūva žuvys, blogėja vanduo, griūva kriauklės. Tačiau akvariumas nesiliečia su išorine aplinka.

Kitas izoliuotos sistemos pavyzdys yra geležis – ji pati neleis energijos, nesidalins medžiagomis. Toks reiškinys pastebimas tankų varikliuose, saulės sistemoje – visame, kas nesidalija energija su kitais.

Į uždaras izoliuotas sistemasJūs negalite paimti automobilio - jis pats juda tam tikru greičiu! Tai taip pat neapima arbatinukų, augalų, gyvų organizmų – jie dalijasi medžiagomis su išoriniu pasauliu. Gyvi organizmai verdami išskiria medžiagų apykaitos produktus, augalai – deguonį, virdulys – garus.

Įdomus faktas: uždara sistema vadinama sistema, kurioje sukuriamų jėgų ir darbo suma lygi nuliui, o izoliuota – kai kūnai tiesiog veikia atskirai nuo kitų sistemų. Tuo pačiu metu izoliuota sistema ne visada yra uždara, tačiau uždara sistema būtinai bus izoliuota.

Judėjimas yra spąstai

Yra vienas įspėjimas: jie negali judėti patys, bet jei kas nors juos pajudina, taisyklė nepažeidžiama. Taigi, jei paimsite izoliuotą sistemą ir išmestumėte ją iš aukščio, netyčia numestumėte, numestumėte iš parašiuto - nesvarbu, ji nenustos būti izoliuota. Žinoma, nebent jis būtų sulaužytas atliekant tokius veiksmus – tas pats vandens butelis, išmestas iš aukščio, išleis visą vandenį – dalinkitės medžiaga su kitomis sistemomis – vadinasi, sistema nebebus uždaryta.

Šis aprašymas tinka pistoletui ir kulkai - neveikia be piršto ant gaiduko, sunkus kūnas ir Žemė - nieko neatsitiks, jei nenustumsite kūno ant žemės.

Taip pat reikėtų atsižvelgti į šilumą

Izoliuota termodinamikos sistema yra makrokūnas, kuris niekada nieko nesidalija: energija, medžiaga ir šiluma neperžengia sistemos ribų. Pavyzdys yra termosas. Jis išlaiko į jį pilamos arbatos laipsnį, gėrimą be žmogaus įsikišimo priverstinai (atidarykite ir pilkitepats) nesidalins ir niekur neeikvoja energijos.

Be to, izoliuota sistema visada stengiasi pasiekti termodinaminę pusiausvyrą, ir norint ją išvesti iš šios būsenos, reikia kažko kito. Tai yra, jei pateiksime to paties termoso pavyzdį, tada ilgai būnant aplinkoje arbata vis tiek atvės. Todėl reikalingas žmogus, kuris vėl užpiltų karšta arbata, ir sistema vėl bus termodinamiškai izoliuota.

Kam to reikia?

Izoliuotos sistemos sąvoka apima daugybę mechanizmų, sistemų ir ekosistemų. Asmuo turi suprasti, kaip jie yra išdėstyti, kad galėtų tinkamai jais rūpintis. Jei tai akvariumas, tada prieš lipdami į jį rankomis ir kojomis, bandydami jį išvalyti, pirmiausia turite pamatyti, kaip padaryti viską, kad jo netrukdytumėte. Jei tai mechanizmai ar įranga – kaip jais naudotis, kad vėliau nebūtų be galo skausminga juos taisyti.

Tuo pačiu, jei paimtume tai pasauliniu mastu, dykuma taip pat yra izoliuota sistema: jos viduje vyksta tam tikri gyvybinės veiklos mechanizmai, kurie neperžengia jos ribų. Miškai, stepės, ugnikalniai ir atmosfera yra palyginti izoliuotos ekosistemos. Žmonės, nesuprasdami, kaip jie dirba, kartais nesuvokia, kokio masto bėdų jie sukuria.

Yra dar vienas „bet“. Izoliuota sistema niekada neegzistuoja visiškai atskirta nuo kitų sistemų. Tačiau ši koncepcija egzistuoja. Patogu atlikti matematikos, termodinamikos, chemijos ir fizikos skaičiavimus. Visienergija ir medžiaga, kurią skleidžia izoliuota sistema, laikomos nuliu ir veikia su skaičiais, kurių reikia šiuo metu.

Izoliuokite neizoliuotą

Net atvira sistema gali būti izoliuota, jei kažkas ją atskiria nuo aplinkos. Adiabatinė sistema veikia kaip skaidinys, kuris tarnauja kaip atviros sistemos apvalkalas, todėl ji uždaroma. Tai galima palyginti su folija, apvyniota aplink daiktą, bandant apsaugoti jį nuo saulės spindulių.

Jei pažvelgsite į tai platesne prasme, tai atmosfera Žemei gali būti pavyzdys – ji saugo planetą nuo kosminės įtakos ir tarnauja kaip apvalkalas, suteikiantis mums gyvybę.

Uždarai izoliuotai sistemai galioja impulsų tvermės dėsnis: impulsų suma uždaroje sistemoje išlieka pastovi, nesvarbu, kaip kūnai sąveikauja vienas su kitu sistemos viduje. Ir teisingai: nors impulsų stiprumas gali keistis laikui bėgant, aplinkybėms, galimybėms, jų suma vis tiek išliks pastovi.

Storas taškas gale…

Taigi, išvada yra tokia:

• Izoliuota sistema yra kiek įmanoma nepriklausoma nuo aplinkos, gamindama energiją, darbą ir materiją savyje. Jis išliks pastovus, siekiant pusiausvyros.
• Uždara izoliuota sistema taip pat nepriklausys nuo aplinkos sąlygų, nieko iš savęs neskirs, bet darbas joje iš viso bus lygus nuliui. Tai yra, impulso išsaugojimo dėsnis busišplėsti į tokią sistemą, o ne į atvirą.
• Izoliuota termodinamikos sistema nepriklausys nuo aplinkos šilumos. Tokią būseną statybininkai stengiasi pasiekti apšiltindami namus. Beje, putplastis gali lengvai pasitarnauti kaip adiabatinis namo apvalkalas, todėl tai yra izoliuota sistema.
• Izoliuota sistema iš esmės neegzistuoja: viskas su kažkuo sąveikauja. Jei uždarysite akvariumą, vandenyje trūks deguonies, žuvys mirs. Jie vis tiek lieka minusoje.

Mokslui reikia izoliuotų sistemų, kad eksperimentas būtų grynas – kai kurių kiekių galima nepaisyti. Bet gyvenime – jiems reikia tinkamos priežiūros ir naudojimo.