Mit nevezünk zárt rendszernek a termodinamikában?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

A termodinamikában az a zárt rendszer, amely nem cserél anyagot a környezetével, hanem különféle módokon tud energiát cserélni. Más szóval, ez egy olyan rendszer, amelynek határai nem engedik az atomok vagy molekulák bejutását vagy elhagyását, de amelyen keresztül az energia áthaladhat, akár fény, hő, munka stb. formájában.

Zárt termodinamikai rendszer vázlata

A termodinamikai rendszerek általában olyan fogalmi modellek, amelyeket főként a valós rendszerek matematikai leírásának egyszerűsítésére használnak. Ebben az értelemben nem igazán léteznek tökéletesen zárt rendszerek, hiszen teljesen hermetikusaknak kellene lenniük, és szinte lehetetlen megakadályozni, hogy akár egy maroknyi atom átlépje a rendszert a környezettől elválasztó korlátot.

Sok rendszer azonban elég hermetikus ahhoz, hogy zártnak tekintsük, és az ilyen rendszerek megfelelő elemzése és megértése lehetővé teszi a termodinamika számos legalapvetőbb fogalmának megértését. Ez utóbbi annak a ténynek köszönhető, hogy a zárt rendszerek lehetővé teszik számunkra, hogy „megfigyeljük” a rendszerből kiinduló és a rendszerbe irányuló energiaáramlás hatását a rendszerre anélkül, hogy az anyagcseréből származó egyéb kölcsönhatások bonyolultabbá válnának.

Zárt rendszerek jellemzői

A zárt rendszereknek van néhány jellemzője, amelyek megkülönböztetik őket a termodinamikában figyelembe vett másik két rendszertípustól:

  • Nem cserélnek anyagot a környezettel.
  • Ezek olyan rendszerek, amelyekben az anyag megmarad.
  • Falak vagy diatermikus határok veszik körül.
  • Energiát cserélnek a környezettel.
  • Lehetnek merev és rugalmas falúak is, mindaddig, amíg az anyag egyik oldalról a másikra áramlása semmi esetre sem megengedett.
  • Kölcsönhatásba lépnek a környezettel az energiacserén keresztül.
  • Ezek olyan rendszerek, amelyek munkát végeznek a környezettel, vagy munkát kapnak a környezettől.

Példák zárt rendszerekre

Bár, mint fentebb említettük, tökéletesen zárt rendszerek nem léteznek, sok példa van valódi rendszerekre, amelyeket gyakorlati szempontból zártnak tekintünk.

1. példa: Zárt szóda.

Példa egy zárt rendszerre - dobozos üdítőitalok

Az üdítőitalos palack kellően tömített ahhoz, hogy még nyomás alatt is megakadályozza a szén-dioxid kijutását. Nyilvánvaló azonban, hogy a doboz vagy palack falai lehetővé teszik a hő áramlását, mivel az üdítőitalok lehűlnek a hűtőszekrényben, és felmelegednek, ha kihagyják.

2. példa: Gyorsfőző, fütyülés előtt.

A nagynyomású főzőlapokat gyakran említik a zárt rendszerek példájaként, és valóban azok. A kezdeti melegítés során az edény hermetikusan le van zárva, és nem engedi a levegőt vagy a gőzt bejutni vagy kilépni. Az viszont nyilvánvaló, hogy az energia hő formájában jut be, hiszen az edény és a tartalma is lassan felmelegszik.

Példa zárt rendszerre - zárt kukta.

Fontos azonban megjegyezni, hogy ez csak addig igaz, amíg a szelep zárva van (azaz mindaddig, amíg az edény nem sípol). Amikor a tűzhely belső nyomása meghaladja a szelep által kifejtett nyomást és a szelep kinyílik, a gőz és egyéb gázok, amelyek a tűzhely belsejében nagy nyomás alatt vannak, nagy sebességgel távoznak. Ez az anyagcserét jelenti a környezettel.

3. példa: Bontatlan uzsonnás zacskó.

Példa zárt rendszerre - zárt gyümölcszsákok

A chips- és uzsonnászsákok is jó példák a zárt rendszerre. Amellett, hogy nem engedik be vagy ki a levegőt vagy más anyagokat, és amellett, hogy lehetővé teszik az energia átjutását hő formájában, lehetővé teszik az energia áramlását munka formájában a zacskón keresztül. Ezt bizonyítja, hogy a rántott ételt a kezünkkel is szét tudjuk osztani a zacskón keresztül, anélkül, hogy kinyitnánk. Egy anyag (például burgonya chips) töréséhez vagy deformálásához munkát kell végezni, így mi (környezetként működve) hatékonyan dolgozunk a rendszer belsején (a zacskó belsejében lévő forgácsokból áll) .

4. példa: Konzervek.

A konzervek mind a zárt rendszerek példái. Nyilvánvaló, hogy a konzervdobozok tartalma gyakorlatilag nem cserél anyagot a környezettel.

Példa zárt rendszerre - konzerv

A kannák belsejében kémiai reakciók vagy különböző típusú biológiai folyamatok játszódhatnak le, amelyek átalakíthatják a dobozban lévő anyagot, de nem számít, mi történik a dobozban, a benne lévő tömeg állandó marad.

5. példa: Vákuumos zárt húsok.

Példa zárt rendszerre – Vákuumos zárt hús

A húsokat és más fehérjéket gyakran úgy tartósítják, hogy vákuumcsomagolják őket nehéz, hermetikusan lezárt műanyag zacskókba. Ez is egy példa a zárt rendszerre. Valójában bizonyos esetekben a húsokat lezárás előtt bepácolják, és magukban a csomagokban is megfőzhetők, lehetővé téve a húst megfőző hőáramlást, de elkerülhető a kitűnő ízt adó lé elvesztése.

Hivatkozások

Atkins, P., Paula J.-től (2014). Atkins fizikai kémiája. (Rev. szerk.). Oxford, Egyesült Királyság: Oxford University Press.

Brown, T. (2021). Kémia: A központi tudomány. (11. kiadás). London, Anglia: Pearson Education.

Chang, R. (2008). Fizikai kémia (1. kiadás ). New York City, New York: McGraw Hill.

A termodinamika törvényei (nd). Letöltve: https://www.khanacademy.org/

Alapvető definíciók – Rendszer és környezet. (2020, augusztus 13.). Letöltve: https://chem.libretexts.org/@go/page/53093

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

Artículos relacionados