Was ist ein geschlossenes System in der Thermodynamik?

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In der Thermodynamik ist ein geschlossenes System eines, das keine Materie mit seiner Umgebung austauscht, aber auf unterschiedliche Weise Energie austauschen kann. Mit anderen Worten, es ist ein System, dessen Grenzen Atome oder Moleküle nicht ein- oder austreten lassen, durch das jedoch Energie hindurchtreten kann, sei es in Form von Licht, Wärme, Arbeit usw.

Schema eines geschlossenen thermodynamischen Systems

Thermodynamische Systeme im Allgemeinen sind konzeptionelle Modelle, die hauptsächlich dazu dienen, die mathematische Beschreibung realer Systeme zu vereinfachen. In diesem Sinne gibt es eigentlich keine perfekt geschlossenen Systeme, da sie vollkommen hermetisch sein müssten und es fast unmöglich ist, auch nur eine Handvoll Atome daran zu hindern, die Barriere zu überwinden, die das System von der Umgebung trennt.

Viele Systeme sind jedoch hermetisch genug, um als geschlossen betrachtet zu werden, und die richtige Analyse und das richtige Verständnis solcher Systeme ermöglicht es, viele der grundlegendsten Konzepte der Thermodynamik zu verstehen. Letzteres ist darauf zurückzuführen, dass geschlossene Systeme es uns ermöglichen, die Wirkung zu „beobachten“, die der Energiefluss von und zu dem System auf ein System hat, ohne die Komplikation anderer Wechselwirkungen hinzuzufügen, die aus dem Austausch von Materie resultieren.

Eigenschaften geschlossener Systeme

Geschlossene Systeme haben einige Eigenschaften, die sie von den anderen zwei Arten von Systemen unterscheiden, die in der Thermodynamik betrachtet werden:

  • Sie tauschen keine Materie mit der Umgebung aus.
  • Sie sind Systeme, in denen Materie konserviert wird.
  • Sie sind von Mauern oder diathermischen Grenzen umgeben.
  • Sie tauschen Energie mit der Umgebung aus.
  • Sie können sowohl starre als auch flexible Wände haben, solange der Stofffluss von einer Seite zur anderen in keinem Fall erlaubt ist.
  • Sie interagieren mit der Umgebung durch den Austausch von Energie.
  • Sie sind Systeme, die Arbeit an der Umgebung verrichten oder Arbeit aus der Umgebung empfangen können.

Beispiele für geschlossene Systeme

Obwohl es, wie oben erwähnt, keine perfekt geschlossenen Systeme gibt, gibt es viele Beispiele für reale Systeme, die für praktische Zwecke als geschlossen betrachtet werden.

Beispiel 1: Eine geschlossene Limonade.

Beispiel für ein geschlossenes System – Softdrinks in Dosen

Eine Softdrinkflasche ist ausreichend abgedichtet, damit auch unter Druck keine Kohlensäure entweichen kann. Es ist jedoch klar, dass die Wände der Dose oder Flasche Wärme fließen lassen, wenn Erfrischungsgetränke im Kühlschrank abkühlen und sich wieder erwärmen, wenn sie weggelassen werden.

Beispiel 2: Ein Schnellkochtopf, vor dem Pfeifen.

Schnellkochtöpfe werden oft als Beispiele für geschlossene Systeme genannt, und das sind sie wirklich. Beim anfänglichen Erhitzen ist der Topf hermetisch verschlossen und lässt weder Luft noch Dampf ein- oder austreten. Andererseits ist es offensichtlich, dass Energie in Form von Wärme eindringt, da sich sowohl der Topf als auch sein Inhalt langsam aufheizen.

Beispiel für ein geschlossenes System – ein geschlossener Schnellkochtopf.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dies nur gilt, solange das Ventil geschlossen ist (dh solange der Topf nicht piept). Wenn der Innendruck des Kochers den vom Ventil ausgeübten Druck übersteigt und das Ventil öffnet, entweichen der Dampf und andere Gase, die im Inneren des Kochers unter hohem Druck stehen, mit hoher Geschwindigkeit. Dies stellt einen Stoffaustausch mit der Umgebung dar.

Beispiel 3: Ungeöffnete Snacktüte.

Beispiel für ein geschlossenes System - geschlossene Fruchttüten

Auch Chips- und Snackbeutel sind ein gutes Beispiel für ein geschlossenes System. Sie erlauben nicht nur das Ein- oder Austreten von Luft oder anderen Substanzen und zusätzlich den Durchgang von Energie in Form von Wärme, sondern auch den Energiefluss in Form von Arbeit durch den Beutel. Ein Beweis dafür ist die Tatsache, dass wir das Bratgut mit den Händen durch den Beutel teilen können, ohne ihn öffnen zu müssen. Um ein Material (wie zum Beispiel einen Kartoffelchip) zu brechen oder zu verformen, muss Arbeit geleistet werden, also leisten wir (als Umgebung) effektiv Arbeit am Inneren des Systems (bestehend aus den Chips in der Tüte). .

Beispiel 4: Konserven.

Konserven sind alles Beispiele für geschlossene Systeme. Es ist ersichtlich, dass der Doseninhalt praktisch keinen Stoffaustausch mit der Umgebung ausübt.

Beispiel eines geschlossenen Systems - Konserven

Innerhalb der Dosen können chemische Reaktionen oder verschiedene Arten von biologischen Prozessen stattfinden, die die Materie in den Dosen umwandeln können, aber egal, was im Inneren passiert, die Masse im Inneren bleibt konstant.

Beispiel 5: Vakuumversiegeltes Fleisch.

Beispiel für ein geschlossenes System – vakuumversiegeltes Fleisch

Fleisch und andere Proteine ​​werden oft konserviert, indem sie in schweren, hermetisch verschlossenen Plastikbeuteln vakuumverpackt werden. Dies ist auch ein Beispiel für ein geschlossenes System. Tatsächlich wird das Fleisch in einigen Fällen vor dem Versiegeln mariniert und kann sogar in den Verpackungen selbst gekocht werden, wodurch der Wärmefluss, der das Fleisch kocht, zugelassen wird, aber der Verlust der Säfte vermieden wird, die ihm seinen exquisiten Geschmack verleihen.

Verweise

Atkins, P., von Paula J. (2014). Atkins‘ Physikalische Chemie. (Rev. Hrsg.). Oxford, Vereinigtes Königreich: Oxford University Press.

Braun, T. (2021). Chemie: Die zentrale Wissenschaft. (11. Aufl.). London, England: Pearson Education.

Chang, R. (2008). Physikalische Chemie (1. Aufl .). New York City, New York: McGraw-Hügel.

Gesetze der Thermodynamik (nd). Abgerufen von https://www.khanacademy.org/

Grundlegende Definitionen – System und Umgebung. (2020, 13. August). Abgerufen von https://chem.libretexts.org/@go/page/53093

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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