Ce este un sistem închis în termodinamică?

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


În termodinamică, un sistem închis este acela care nu face schimb de materie cu mediul înconjurător, dar poate schimba energie în moduri diferite. Cu alte cuvinte, este un sistem ale cărui granițe nu permit atomilor sau moleculelor să intre sau să iasă, dar prin care poate trece energia, fie sub formă de lumină, căldură, lucru etc.

Schema unui sistem termodinamic închis

Sistemele termodinamice în general sunt modele conceptuale care sunt utilizate în principal pentru a simplifica descrierea matematică a sistemelor reale. În acest sens, sistemele perfect închise nu există cu adevărat, deoarece ar trebui să fie total ermetice și este aproape imposibil să împiedici chiar și o mână de atomi să treacă de bariera care separă sistemul de împrejurimi.

Cu toate acestea, multe sisteme sunt suficient de ermetice pentru a fi considerate închise, iar analiza și înțelegerea adecvată a acestor sisteme permite înțelegerea multor dintre cele mai fundamentale concepte ale termodinamicii. Aceasta din urmă se datorează faptului că sistemele închise ne permit să „observăm” efectul pe care fluxul de energie dinspre și către sistem îl are asupra unui sistem, fără a adăuga complicația altor interacțiuni provenite din schimbul de materie.

Caracteristicile sistemelor închise

Sistemele închise au câteva caracteristici care le deosebesc de celelalte două tipuri de sisteme considerate în termodinamică:

  • Ei nu fac schimb de materie cu împrejurimile.
  • Sunt sisteme în care materia este conservată.
  • Sunt înconjurate de pereți sau de limite diatermice.
  • Ei fac schimb de energie cu mediul înconjurător.
  • Pot avea atât pereți rigizi, cât și flexibili, atâta timp cât fluxul de materie dintr-o parte în cealaltă nu este permisă în niciun caz.
  • Ei interacționează cu mediul înconjurător prin schimbul de energie.
  • Sunt sisteme care pot lucra în împrejurimi sau pot primi lucru din împrejurimi.

Exemple de sisteme închise

Deși, așa cum am menționat mai sus, sisteme perfect închise nu există, există multe exemple de sisteme reale care, în scopuri practice, sunt considerate închise.

Exemplul 1: un sifon închis.

Exemplu de sistem închis - băuturi răcoritoare conservate

O sticlă de băutură răcoritoare este suficient de sigilată pentru a preveni scăparea dioxidului de carbon, chiar și sub presiune. Cu toate acestea, este clar că pereții cutiei sau sticlei permit căldură să curgă, pe măsură ce băuturile răcoritoare se răcesc în frigider și se încălzesc dacă sunt lăsate afară.

Exemplul 2: O oală sub presiune, înainte de a fluiera.

Oalele sub presiune sunt adesea citate ca exemple de sisteme închise și chiar sunt. În timpul încălzirii inițiale, oala este închisă ermetic și nu permite aerului sau aburului să intre sau să iasă. Pe de altă parte, este evident că energia intră sub formă de căldură, deoarece atât oala, cât și conținutul său se încălzesc încet.

Exemplu de sistem închis - o oală sub presiune închisă.

Este important de reținut, totuși, că acest lucru este valabil doar atâta timp cât supapa este închisă (adică atâta timp cât oala nu emite bipurile). Când presiunea internă a aragazului depășește presiunea exercitată de supapă și supapa se deschide, aburul și alte gaze care se află sub presiune mare în interiorul aragazului scapă cu viteză mare. Aceasta reprezintă un schimb de materie cu mediul înconjurător.

Exemplul 3: sac cu gustări nedeschis.

Exemplu de sistem închis - pungi de fructe închise

Sacii cu chipsuri și gustări sunt, de asemenea, un bun exemplu de sistem închis. Pe lângă faptul că nu permit intrarea sau ieșirea aerului sau a altor substanțe, și pe lângă faptul că permit trecerea energiei sub formă de căldură, ele permit și fluxul de energie sub formă de lucru prin sac. Dovadă în acest sens este faptul că putem împărți mâncarea prăjită cu mâinile prin pungă, fără a fi nevoie să o deschidem. Pentru a rupe sau a deforma un material (cum ar fi un chip de cartofi, de exemplu) este necesar să se lucreze, astfel încât noi (acționând ca împrejurimile) lucrăm efectiv la interiorul sistemului (alcătuit din chipsurile din interiorul pungii) .

Exemplul 4: Conserve.

Conservele sunt toate exemple de sisteme închise. Este evident că conținutul cutiilor practic nu schimbă nicio substanță cu împrejurimile.

Exemplu de sistem închis - conserve

În interiorul cutiilor pot avea loc reacții chimice sau diferite tipuri de procese biologice care pot transforma materia din cutii, dar indiferent de ceea ce se întâmplă în interior, masa din interior rămâne constantă.

Exemplul 5: Carne sigilată în vid.

Exemplu de sistem închis - Carne sigilată în vid

Carnea și alte proteine ​​sunt adesea conservate prin ambalarea în vid în pungi grele de plastic care sunt sigilate ermetic. Acesta este, de asemenea, un exemplu de sistem închis. De altfel, in unele cazuri, carnurile sunt marinate inainte de a fi sigilate si pot fi chiar gatite in interiorul pachetelor propriu-zise, ​​permitand fluxul de caldura care gateste carnea, evitand insa pierderea sucurilor care ii confera aroma sa rafinata.

Referințe

Atkins, P., de la Paula J. (2014). Chimia fizică a lui Atkins. (Ed. Apoc.). Oxford, Regatul Unit: Oxford University Press.

Brown, T. (2021). Chimie: Știința Centrală. (ed. a 11-a). Londra, Anglia: Pearson Education.

Chang, R. (2008). Chimie fizică ( ed . I). New York City, New York: McGraw Hill.

Legile termodinamicii (nd). Preluat de pe https://www.khanacademy.org/

Definiții de bază – Sistem și împrejurimi. (2020, 13 august). Preluat de la https://chem.libretexts.org/@go/page/53093

-Publicitate-

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

Artículos relacionados