Izolēta sistēma termodinamikā: definīcija, pazīmes un piemēri

2024 Autors: Henry Conors | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-02-12 10:40

Termodinamikā ir vairāku veidu sistēmas: izolētas un neizolētas. Kur tie tiek atrasti, kad tie tiek izmantoti, parāda, cik tie var būt noderīgi un kā par tiem rūpēties. Pretējā gadījumā, ja šādas sistēmas izrādās kaitīgas cilvēka darbam, kā no tām atbrīvoties.

Kas tas ir?

Izolēta sistēma ir absolūti jebkura atomu un molekulu (lieta, planēta, cilvēka ķermenis) uzkrāšanās, kas saglabā visas matērijas enerģiju. Šāda sistēma ir pilnībā izolēta no ārpasaules, to sauc arī par slēgtu.

Izolētas sistēmas būtība ir tāda, ka ar visu savu vēlmi tā nedalīs siltumu, netērēs enerģiju, viela no tās būs jāatņem ar spēku. Piemēram, jūs varat apskatīt akvāriju. Tā iekšpusē notiek procesi: zivis iet bojā, ūdens pasliktinās, čaumalas sabrūk. Bet akvārijs nenonāk saskarē ar ārējo vidi.

Vēl viens izolētas sistēmas piemērs ir gludeklis - tas netērēs enerģiju pats, nedalīs vielas. Šāda parādība novērojama tanku dzinējos, Saules sistēmā – visā, kas nedala enerģiju ar citiem.

Uz slēgtām izolētām sistēmāmjūs nevarat paņemt automašīnu - tā pati pārvietojas ar noteiktu ātrumu! Tas neietver arī tējkannas, augus, dzīvos organismus – tiem ir kopīgas vielas ar ārpasauli. Dzīvi organismi vārot izdala vielmaiņas produktus, augi - skābekli, tējkanna - tvaiku.

Interesants fakts: par slēgtu sistēmu sauc sistēmu, kurā radīto spēku un darba summa ir vienāda ar nulli, un izolētu - kur ķermeņi vienkārši darbojas atsevišķi no citām sistēmām. Tajā pašā laikā izolēta sistēma ne vienmēr ir slēgta, bet slēgta sistēma noteikti būs izolēta.

Kustība ir slazds

Ir viens brīdinājums: viņi nevar pārvietoties paši, bet, ja kāds tos kustina, tad noteikums netiek pārkāpts. Tātad, ja paņemat izolētu sistēmu un izmetat to no augstuma, nejauši nometat to, nometat no izpletņa - tam nav nozīmes, tā nepārstās būt izolēta. Ja vien tas, protams, nav salauzts šādu darbību laikā - tā pati ūdens pudele, kas izmesta no augstuma, izlaidīs visu ūdeni - sadaliet vielu ar citām sistēmām - tas nozīmē, ka sistēma vairs netiks aizvērta.

Šis apraksts atbilst pistolei un lodei - nedarbojas bez pirksta uz palaidēja, smags ķermenis un Zeme - nekas nenotiek, ja nenospiežat ķermeni zemē.

Jāņem vērā arī siltums

Izolēta sistēma termodinamikā ir makroķermenis, kas nekad neko nedala: enerģija, matērija un siltums nepārsniedz sistēmas robežas. Piemērs ir termoss. Tas saglabā tajā ielietās tējas pakāpi, dzērienu bez cilvēka iejaukšanās piespiedu kārtā (atveriet un ielejietpats) nedalīsies un nekur netērē enerģiju.

Turklāt izolēta sistēma vienmēr cenšas sasniegt termodinamisko līdzsvaru, un ir nepieciešams kāds cits, lai to izvestu no šī stāvokļa. Tas ir, ja mēs sniedzam piemēru par vienu un to pašu termosu, tad, ilgstoši uzturoties vidē, tēja joprojām atdziest. Tāpēc ir vajadzīgs cilvēks, kurš to atkal piepildīs ar karstu tēju, un sistēma atkal būs termodinamiski izolēta.

Kāpēc tas ir vajadzīgs?

Izolētas sistēmas jēdziens aptver daudzus mehānismus, sistēmas un ekosistēmas. Cilvēkam ir nepieciešama izpratne par to, kā viņi ir iekārtoti, lai par viņu pareizi rūpētos. Ja šis ir akvārijs, tad pirms kāpt tajā ar rokām un kājām, mēģinot to iztīrīt, vispirms ir jāredz, kā visu izdarīt tā, lai tas netraucētu. Ja tie ir mehānismi vai aprīkojums - kā tos lietot, lai vēlāk nebūtu mokoši sāpīgi tos remontēt.

Tajā pašā laikā, ja ņemam to globālā mērogā, arī tuksnesis ir izolēta sistēma: tā iekšienē notiek noteikti dzīvības darbības mehānismi, kas tālāk par to netiek. Meži, stepes, vulkāni un atmosfēra kalpo kā salīdzinoši izolētas ekosistēmas. Cilvēki, nesaprotot, kā viņi strādā, dažreiz neapzinās sev radīto problēmu mērogu.

Ir vēl viens "bet". Izolēta sistēma nekad nepastāvēs pilnīgi atsevišķi no citām sistēmām. Bet šī koncepcija pastāv. Tas ir ērti, lai veiktu aprēķinus matemātikā, termodinamikā, ķīmijā un fizikā. Visienerģija un matērija, ko izstaro izolēta sistēma, tiek uzskatīta par nulli un darbojas ar skaitļiem, kas šobrīd ir nepieciešami.

Izolējiet neizolēto

Pat atvērta sistēma var kļūt izolēta, ja kaut kas to atdala no vides. Adiabātiskā sistēma darbojas kā nodalījums, kas kalpo kā apvalks atvērtai sistēmai, padarot to slēgtu. To var salīdzināt ar foliju, kas aptīta ap objektu, mēģinot to pasargāt no saules stariem.

Ja raugās plašākā nozīmē, tad atmosfēra Zemei var kalpot par piemēru - tā aizsargā planētu no kosmiskās ietekmes un kalpo kā apvalks, kas dod mums dzīvību.

Pastāv impulsa saglabāšanas likums slēgtai izolētai sistēmai: impulsu summa slēgtā sistēmā paliek nemainīga neatkarīgi no tā, kā ķermeņi mijiedarbojas viens ar otru sistēmas iekšienē. Un tas ir pareizi: lai gan impulsu stiprums var mainīties ar laiku, apstākļiem, iespējām, to summa joprojām paliks nemainīga.

Biezs punkts beigās…

Tādējādi secinājums ir šāds:

• Izolēta sistēma ir pēc iespējas neatkarīgāka no vides, ražojot enerģiju, darbu un vielu sevī. Tas paliks nemainīgs, vienlaikus cenšoties panākt līdzsvaru.
• Slēgta izolēta sistēma arī nebūs atkarīga no vides apstākļiem, neko no sevis neatšķirs, bet darbs tajā kopā būs vienāds ar nulli. Tas ir, impulsa saglabāšanas likums būspaplašināt uz šādu sistēmu, nevis uz atvērtu.
• Izolēta sistēma termodinamikā nebūs atkarīga no apkārtējās vides siltuma. Būvnieki cenšas panākt šo stāvokli, siltinot mājas. Starp citu, putas var viegli kalpot kā adiabātisks apvalks mājai, padarot to par izolētu sistēmu.
• Izolēta sistēma principā nepastāv: viss ar kaut ko mijiedarbojas. Ja aizverat akvāriju, ūdens būs slikts ar skābekli, un zivis mirs. Viņi tik un tā paliek mīnusā.

Zinātnei ir nepieciešamas izolētas sistēmas, lai eksperiments būtu tīrs - dažus daudzumus var atstāt novārtā. Bet dzīvē - viņiem nepieciešama pienācīga aprūpe un lietošana.