Hva er et lukket system i termodynamikk?

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


I termodynamikk er et lukket system et som ikke utveksler materie med omgivelsene, men kan utveksle energi på forskjellige måter. Det er med andre ord et system hvis grenser ikke lar atomer eller molekyler komme inn eller ut, men som energi kan passere gjennom, enten det er i form av lys, varme, arbeid osv.

Opplegg for et lukket termodynamisk system

Termodynamiske systemer generelt er konseptuelle modeller som hovedsakelig brukes til å forenkle den matematiske beskrivelsen av virkelige systemer. I denne forstand eksisterer egentlig ikke perfekt lukkede systemer, siden de må være helt hermetiske og det er nesten umulig å forhindre at selv en håndfull atomer krysser barrieren som skiller systemet fra omgivelsene.

Imidlertid er mange systemer hermetiske nok til å bli betraktet som lukkede, og riktig analyse og forståelse av slike systemer lar en forstå mange av de mest grunnleggende konseptene innen termodynamikk. Det siste skyldes det faktum at lukkede systemer lar oss «observere» effekten som strømningen av energi fra og til systemet har på et system, uten å legge til komplikasjonen av andre interaksjoner som kommer fra utveksling av materie.

Kjennetegn på lukkede systemer

Lukkede systemer har noen egenskaper som skiller dem fra de to andre typene systemer som vurderes i termodynamikk:

  • De utveksler ikke materie med omgivelsene.
  • De er systemer der materie er bevart.
  • De er omgitt av vegger eller diatermiske grenser.
  • De utveksler energi med omgivelsene.
  • De kan ha både stive og fleksible vegger, så lenge strømmen av stoff fra den ene siden til den andre i alle fall ikke er tillatt.
  • De samhandler med omgivelsene gjennom utveksling av energi.
  • De er systemer som kan gjøre arbeid mot omgivelsene eller motta arbeid fra omgivelsene.

Eksempler på lukkede systemer

Selv om det som nevnt ovenfor ikke eksisterer perfekt lukkede systemer, er det mange eksempler på reelle systemer som av praktiske grunner anses som lukkede.

Eksempel 1: En lukket brus.

Eksempel på et lukket system - hermetisert brus

En brusflaske er tilstrekkelig forseglet til å forhindre at karbondioksid slipper ut, selv under trykk. Det er imidlertid tydelig at veggene på boksen eller flasken lar varmen flyte når brus avkjøles i kjøleskapet og varmes opp igjen hvis de står utenfor.

Eksempel 2: En trykkoker, før plystring.

Trykkokere trekkes ofte frem som eksempler på lukkede systemer, og det er de virkelig. Under innledende oppvarming er gryten hermetisk forseglet og tillater ikke luft eller damp å komme inn eller ut. På den annen side er det tydelig at energi kommer inn i form av varme, siden både gryten og innholdet sakte varmes opp.

Eksempel på et lukket system - en lukket trykkoker.

Det er imidlertid viktig å merke seg at dette bare er sant så lenge ventilen er stengt (dvs. så lenge kjelen ikke piper). Når det indre trykket i komfyren overstiger trykket fra ventilen og ventilen åpner, slipper dampen og andre gasser som er under høyt trykk inne i komfyren ut med høy hastighet. Dette representerer en utveksling av materie med omgivelsene.

Eksempel 3: Uåpnet snackpose.

Eksempel på et lukket system - lukkede fruktposer

Chip- og snacksposer er også et godt eksempel på et lukket system. I tillegg til å ikke tillate inn- eller utløp av luft eller andre stoffer, og i tillegg til å tillate passasje av energi i form av varme, tillater de også strøm av energi i form av arbeid gjennom posen. Et bevis på dette er det faktum at vi kan dele den stekte maten med hendene gjennom posen, uten å måtte åpne den. For å bryte eller deformere et materiale (som en potetgull, for eksempel) er det nødvendig å gjøre arbeid, så vi (som fungerer som omgivelsene) utfører effektivt arbeid på det indre av systemet (som består av chipsene inne i posen) .

Eksempel 4: Hermetikk.

Hermetikk er alle eksempler på lukkede systemer. Det er tydelig at innholdet i boksene praktisk talt ikke utveksler noe stoff med omgivelsene.

Eksempel på lukket system - hermetikk

Inne i boksene kan det forekomme kjemiske reaksjoner eller ulike typer biologiske prosesser som kan transformere stoffet i boksene, men uansett hva som skjer inni, forblir massen inni konstant.

Eksempel 5: Vakuum forseglet kjøtt.

Eksempel på lukket system - Vakuumforseglet kjøtt

Kjøtt og andre proteiner konserveres ofte ved å vakuumpakke dem i tunge plastposer som er hermetisk forseglet. Dette er også et eksempel på et lukket system. Faktisk, i noen tilfeller blir kjøttet marinert før det forsegles og kan til og med tilberedes inne i selve pakkene, noe som tillater varmestrømmen som koker kjøttet, men unngår tap av juice som gir det dens utsøkte smak.

Referanser

Atkins, P., fra Paula J. (2014). Atkins’ fysisk kjemi. (Rev. red.). Oxford, Storbritannia: Oxford University Press.

Brown, T. (2021). Kjemi: Sentralvitenskapen. (11. utgave). London, England: Pearson Education.

Chang, R. (2008). Fysisk kjemi (1. utg .). New York City, New York: McGraw Hill.

Termodynamikkens lover (nd). Hentet fra https://www.khanacademy.org/

Grunnleggende definisjoner – System og omgivelser. (2020, 13. august). Hentet fra https://chem.libretexts.org/@go/page/53093

-Annonse-

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

Artículos relacionados

Flammefargetesten