Vad är ett slutet system inom termodynamik?

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


Inom termodynamiken är ett slutet system ett som inte byter materia med sin omgivning, utan kan utbyta energi på olika sätt. Det är med andra ord ett system vars gränser inte tillåter atomer eller molekyler att komma in eller ut, utan genom vilket energi kan passera, oavsett om det är i form av ljus, värme, arbete osv.

Schema för ett slutet termodynamiskt system

Termodynamiska system i allmänhet är konceptuella modeller som främst används för att förenkla den matematiska beskrivningen av verkliga system. I denna mening existerar inte perfekt slutna system, eftersom de skulle behöva vara helt hermetiska och det är nästan omöjligt att förhindra ens en handfull atomer från att passera barriären som skiljer systemet från omgivningen.

Men många system är tillräckligt hermetiska för att anses vara slutna, och korrekt analys och förståelse av sådana system gör det möjligt för en att förstå många av de mest grundläggande begreppen inom termodynamiken. Det senare beror på att slutna system tillåter oss att ”observera” den effekt som energiflödet från och till systemet har på ett system, utan att lägga till komplikationen av andra interaktioner som kommer från utbyte av materia.

Egenskaper för slutna system

Slutna system har några egenskaper som skiljer dem från de andra två typerna av system som betraktas inom termodynamiken:

  • De byter inte materia med omgivningen.
  • De är system där materia bevaras.
  • De är omgivna av väggar eller diatermiska gränser.
  • De utbyter energi med omgivningen.
  • De kan ha både styva och flexibla väggar, så länge som flödet av materia från den ena sidan till den andra inte är tillåtet i alla fall.
  • De interagerar med omgivningen genom utbyte av energi.
  • De är system som kan göra arbete mot omgivningen eller ta emot arbete från omgivningen.

Exempel på slutna system

Även om, som nämnts ovan, inte helt slutna system existerar, finns det många exempel på verkliga system som av praktiska skäl anses vara slutna.

Exempel 1: En sluten läsk.

Exempel på ett slutet system - läskedrycker på burk

En läskflaska är tillräckligt förseglad för att förhindra att koldioxid läcker ut, även under tryck. Det är dock tydligt att burkens eller flaskans väggar tillåter värme att flöda eftersom läskedrycker svalnar i kylen och återuppvärms om de lämnas utanför.

Exempel 2: En tryckkokare, före vissling.

Tryckkokare nämns ofta som exempel på slutna system, och det är de verkligen. Under den första uppvärmningen är grytan hermetiskt tillsluten och tillåter inte luft eller ånga att komma in eller ut. Å andra sidan är det uppenbart att energi kommer in i form av värme, eftersom både grytan och dess innehåll långsamt värms upp.

Exempel på ett slutet system - en sluten tryckkokare.

Det är dock viktigt att notera att detta bara är sant så länge som ventilen är stängd (dvs så länge potten inte piper). När spisens inre tryck överstiger trycket som utövas av ventilen och ventilen öppnar, kommer ångan och andra gaser som står under högt tryck inuti spisen att försvinna med hög hastighet. Detta representerar ett utbyte av materia med omgivningen.

Exempel 3: Oöppnad snackspåse.

Exempel på ett slutet system - slutna fruktpåsar

Chip- och snackspåsar är också ett bra exempel på ett slutet system. Förutom att inte tillåta in- eller utsläpp av luft eller andra ämnen, och förutom att tillåta passage av energi i form av värme, tillåter de även energiflödet i form av arbete genom påsen. Ett bevis på detta är det faktum att vi kan dela den stekta maten med händerna genom påsen, utan att behöva öppna den. För att bryta eller deformera ett material (som ett potatischips, till exempel) är det nödvändigt att utföra arbete, så vi (som omgivningen) utför effektivt arbete på insidan av systemet (som består av chipsen inuti påsen) .

Exempel 4: Konserver.

Konserver är alla exempel på slutna system. Det är uppenbart att innehållet i burkarna praktiskt taget inte byter något ämne med omgivningen.

Exempel på slutet system - konserver

Inuti burkarna kan det ske kemiska reaktioner eller olika typer av biologiska processer som kan omvandla materia i burkarna, men oavsett vad som händer inuti förblir massan inuti konstant.

Exempel 5: Vakuumförseglat kött.

Exempel på slutet system - vakuumförseglat kött

Kött och andra proteiner konserveras ofta genom att vakuumförpackas i tunga plastpåsar som är hermetiskt förslutna. Detta är också ett exempel på ett slutet system. Faktum är att i vissa fall marineras köttet innan det försluts och kan till och med tillagas inuti själva förpackningarna, vilket tillåter värmeflödet som tillagar köttet, men undviker förlusten av juicer som ger det dess utsökta smak.

Referenser

Atkins, P., från Paula J. (2014). Atkins’ fysikalisk kemi. (Rev. red.). Oxford, Storbritannien: Oxford University Press.

Brown, T. (2021). Kemi: Centralvetenskapen. (11:e upplagan). London, England: Pearson Education.

Chang, R. (2008). Fysikalisk kemi (1: a uppl. ). New York, New York: McGraw Hill.

Termodynamikens lagar (nd). Hämtad från https://www.khanacademy.org/

Grundläggande definitioner – System och omgivning. (2020, 13 augusti). Hämtad från https://chem.libretexts.org/@go/page/53093

-Annons-

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

Artículos relacionados

Flamfärgtestet