ระบบปิดในอุณหพลศาสตร์คืออะไร?

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


ในอุณหพลศาสตร์ ระบบปิดคือระบบที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนสสารกับสิ่งรอบข้าง แต่สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานได้หลายวิธี กล่าวอีกนัยหนึ่งคือเป็นระบบที่มีพรมแดนไม่อนุญาตให้อะตอมหรือโมเลกุลเข้าหรือออก แต่พลังงานสามารถผ่านได้ไม่ว่าจะอยู่ในรูปของแสง ความร้อน งาน ฯลฯ

โครงการของระบบอุณหพลศาสตร์แบบปิด

ระบบอุณหพลศาสตร์โดยทั่วไปเป็นแบบจำลองเชิงแนวคิดที่ใช้เป็นหลักในการทำให้คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของระบบจริงง่ายขึ้น ในแง่นี้ ระบบปิดที่สมบูรณ์แบบไม่มีอยู่จริง เนื่องจากระบบจะต้องปิดสนิทและแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะป้องกันไม่ให้อะตอมแม้แต่หยิบมือหนึ่งข้ามสิ่งกีดขวางที่แยกระบบออกจากสภาพแวดล้อม

อย่างไรก็ตาม มีหลายระบบที่ปิดสนิทพอที่จะพิจารณาว่าเป็นระบบปิด และการวิเคราะห์และทำความเข้าใจระบบดังกล่าวอย่างถูกต้องจะช่วยให้เราเข้าใจแนวคิดพื้นฐานส่วนใหญ่ของอุณหพลศาสตร์ ประการหลังเกิดจากความจริงที่ว่าระบบปิดช่วยให้เราสามารถ “สังเกต” ผลกระทบที่การไหลของพลังงานจากและไปยังระบบมีต่อระบบโดยไม่ต้องเพิ่มความซับซ้อนของปฏิสัมพันธ์อื่น ๆ ที่มาจากการแลกเปลี่ยนสสาร

ลักษณะเฉพาะของระบบปิด

ระบบปิดมีลักษณะบางอย่างที่แตกต่างจากระบบอีกสองประเภทที่พิจารณาในอุณหพลศาสตร์:

  • พวกเขาไม่แลกเปลี่ยนสสารกับสิ่งรอบข้าง
  • เป็นระบบที่อนุรักษ์สสาร
  • พวกมันถูกล้อมรอบด้วยกำแพงหรือขอบเขตของไดแอเธอร์มิก
  • พวกมันแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งรอบตัว
  • พวกมันสามารถมีทั้งผนังที่แข็งและยืดหยุ่นได้ ตราบใดที่สสารไหลจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งไม่ได้รับอนุญาตไม่ว่าในกรณีใด ๆ
  • พวกมันโต้ตอบกับสิ่งรอบข้างผ่านการแลกเปลี่ยนพลังงาน
  • เป็นระบบที่สามารถทำงานให้กับสิ่งรอบตัวหรือรับงานจากสิ่งรอบตัวได้

ตัวอย่างของระบบปิด

แม้ว่าดังกล่าวข้างต้นจะไม่มีระบบปิดที่สมบูรณ์แบบ แต่ก็มีตัวอย่างมากมายของระบบจริงที่ถือว่าปิดในทางปฏิบัติ

ตัวอย่างที่ 1: โซดาปิด

ตัวอย่างระบบปิด-กระป๋องน้ำอัดลม

ขวดน้ำอัดลมถูกปิดสนิทเพื่อป้องกันก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไม่ให้เล็ดลอดออกมา แม้จะอยู่ภายใต้ความกดดันก็ตาม อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าผนังของกระป๋องหรือขวดช่วยให้ความร้อนไหลเวียนได้เมื่อน้ำอัดลมเย็นลงในตู้เย็นและให้ความร้อนหากปล่อยทิ้งไว้

ตัวอย่างที่ 2: หม้ออัดความดัน ก่อนเป่านกหวีด

หม้ออัดความดันมักถูกอ้างถึงเป็นตัวอย่างของระบบปิด และเป็นเช่นนั้นจริงๆ ระหว่างการอุ่นเครื่องครั้งแรก หม้อจะปิดสนิทและไม่อนุญาตให้อากาศหรือไอน้ำเข้าหรือออก ในทางกลับกัน เห็นได้ชัดว่าพลังงานเข้ามาในรูปของความร้อน เนื่องจากทั้งหม้อและเนื้อหาในหม้อจะร้อนขึ้นอย่างช้าๆ

ตัวอย่างระบบปิด - หม้ออัดแรงดันแบบปิด

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือสิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อวาล์วปิดอยู่เท่านั้น (เช่น ตราบใดที่หม้อไม่ส่งเสียงบี๊บ) เมื่อแรงดันภายในหม้อหุงสูงเกินแรงดันที่วาล์วทำ และวาล์วเปิด ไอน้ำและก๊าซอื่นๆ ที่อยู่ภายใต้แรงดันสูงภายในหม้อหุงจะหลบหนีด้วยความเร็วสูง สิ่งนี้แสดงถึงการแลกเปลี่ยนสสารกับสิ่งรอบตัว

ตัวอย่างที่ 3: ถุงขนมที่ยังไม่เปิด

ตัวอย่างระบบปิด-ถุงผลไม้ระบบปิด

ถุงชิปและขนมขบเคี้ยวเป็นตัวอย่างที่ดีของระบบปิด นอกจากจะไม่อนุญาตให้อากาศหรือสารอื่น ๆ เข้าหรือออกแล้ว และนอกจากจะทำให้พลังงานผ่านเข้าไปในรูปของความร้อนแล้ว ยังยอมให้มีการไหลของพลังงานในรูปของงานผ่านถุงอีกด้วย ข้อพิสูจน์นี้คือข้อเท็จจริงที่ว่าเราสามารถแบ่งอาหารทอดด้วยมือผ่านถุงโดยไม่ต้องเปิด ในการหักหรือเปลี่ยนรูปร่างวัสดุ (เช่น มันฝรั่งทอด เป็นต้น) จำเป็นต้องทำงาน ดังนั้นเรา (ซึ่งทำหน้าที่เป็นสิ่งรอบข้าง) จึงทำงานอย่างมีประสิทธิภาพกับภายในของระบบ (ประกอบด้วยชิปภายในถุง) .

ตัวอย่างที่ 4: อาหารกระป๋อง

อาหารกระป๋องเป็นตัวอย่างของระบบปิดทั้งหมด เห็นได้ชัดว่าเนื้อหาในกระป๋องไม่มีการแลกเปลี่ยนสารใดๆ กับสิ่งแวดล้อม

ตัวอย่างระบบปิด - อาหารกระป๋อง

ภายในกระป๋องอาจเกิดปฏิกิริยาเคมีหรือกระบวนการทางชีววิทยาประเภทต่างๆ ที่อาจเปลี่ยนแปลงสสารในกระป๋องได้ แต่ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้นภายในกระป๋อง มวลภายในจะคงที่

ตัวอย่างที่ 5: เนื้อสัตว์ที่ปิดผนึกด้วยสุญญากาศ

ตัวอย่างระบบปิด - เนื้อสัตว์ที่ซีลสูญญากาศ

เนื้อสัตว์และโปรตีนอื่นๆ มักจะถูกเก็บรักษาไว้โดยการบรรจุแบบสูญญากาศในถุงพลาสติกหนักที่ปิดสนิท นี่เป็นตัวอย่างหนึ่งของระบบปิด ในความเป็นจริง ในบางกรณี เนื้อสัตว์จะถูกหมักก่อนที่จะปิดผนึกและยังสามารถปรุงสุกภายในบรรจุภัณฑ์ได้เอง ทำให้เกิดการไหลของความร้อนที่ปรุงเนื้อ แต่หลีกเลี่ยงการสูญเสียน้ำผลไม้ที่ให้รสชาติอันยอดเยี่ยม

อ้างอิง

Atkins, P. จาก Paula J. (2014) เคมีเชิงฟิสิกส์ของแอตกินส์ (ร.ป.). อ็อกซ์ฟอร์ด สหราชอาณาจักร: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด.

บราวน์ ที. (2564). เคมี: วิทยาศาสตร์กลาง. (พิมพ์ครั้งที่ 11). ลอนดอน ประเทศอังกฤษ: เพียร์สัน เอดูเคชั่น.

ช้าง ร. (2551). เคมีเชิงฟิสิกส์ ( ฉบับ ที่ 1 ) นิวยอร์กซิตี้, นิวยอร์ก: McGraw Hill

กฎของเทอร์โมไดนามิกส์ (น.). สืบค้นจากhttps://www.khanacademy.org/

คำจำกัดความพื้นฐาน – ระบบและสภาพแวดล้อม (2020, 13 สิงหาคม). สืบค้นจากhttps://chem.libretexts.org/@go/page/53093

-โฆษณา-

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

Artículos relacionados