Izolovaný systém v termodynamice: definice, vlastnosti a příklady

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-12 05:05

V termodynamice existuje několik typů systémů: izolované a neizolované. Kde se nacházejí, kdy jsou aplikovány, ukazuje, jak užitečné mohou být a jak se o ně starat. V opačném případě, pokud se ukáže, že takové systémy jsou škodlivé pro lidskou práci, jak se jich zbavit.

Co je to?

Izolovaný systém je absolutně jakákoliv akumulace atomů a molekul (věc, planeta, lidské tělo), která zadržuje energii veškeré hmoty. Takový systém je zcela izolovaný od vnějšího světa, nazývá se také uzavřený.

Podstatou izolovaného systému je to, že se při vší své touze nebude dělit o teplo, neplýtvá energií, látka z něj bude muset být odebrána násilím. Můžete se například podívat do akvária. Uvnitř probíhají procesy: ryby umírají, voda se zhoršuje, skořápky se hroutí. Akvárium ale nepřichází do kontaktu s vnějším prostředím.

Dalším příkladem izolovaného systému je železo – samo nebude utrácet energii, nebude sdílet látky. Takový jev je pozorován u tankových motorů, sluneční soustavy - ve všem, co nesdílí energii s ostatními.

Do uzavřených izolovaných systémůnemůžete vzít auto - pohybuje se určitou rychlostí samo! Nepatří sem také konvičky, rostliny, živé organismy – ty sdílejí látky s vnějším světem. Živé organismy uvolňují metabolické produkty, rostliny - kyslík, konvice - pára při varu.

Zajímavý fakt: uzavřený systém se nazývá systém, kde se součet vyrobených sil a práce rovná nule, a izolovaný – kde tělesa jednoduše působí odděleně od ostatních systémů. Současně není izolovaný systém vždy uzavřen, ale uzavřený systém bude nutně izolován.

Pohyb je past

Je tu jedno upozornění: nemohou se pohybovat sami, ale pokud s nimi někdo pohne, pravidlo tím není porušeno. Takže pokud vezmete izolovaný systém a hodíte ho z výšky, náhodně ho shodíte, shodíte z padáku - na tom nezáleží, nepřestane být izolovaný. Pokud se ovšem při takových akcích nerozbije - stejná láhev s vodou hozená z výšky uvolní všechnu vodu - sdílejte hmotu s jinými systémy - což znamená, že systém již nebude uzavřen.

Tento popis se hodí pro pistoli a kulku - nefunguje bez prstu na spoušti, těžké tělo a Země - nic se nestane, pokud tělo nestlačíte k zemi.

Je třeba vzít v úvahu také teplo

Izolovaný systém v termodynamice je makrotělo, které nikdy nic nesdílí: energie, hmota a teplo nepřekračují limity systému. Příkladem je termoska. Udržuje stupeň nalitého čaje, nápoj bez lidského zásahu násilně (otevřít a nalítsám) nebude sdílet a nikde neutrácí energii.

Kromě toho se izolovaný systém vždy snaží dosáhnout termodynamické rovnováhy a je potřeba někoho jiného, aby ho z tohoto stavu dostal. Čili když uvedeme příklad stejné termosky, tak při dlouhém pobytu v prostředí čaj stejně vychladne. Je tedy potřeba člověka, který jej opět naplní horkým čajem a systém se opět termodynamicky izoluje.

Proč je to potřeba?

Pojem izolovaného systému zahrnuje mnoho mechanismů, systémů a ekosystémů. Člověk potřebuje rozumět tomu, jak je uspořádán, aby se o něj mohl správně starat. Pokud se jedná o akvárium, pak než do něj vlezete rukama a nohama a pokusíte se ho vyčistit, musíte nejprve zjistit, jak udělat vše, abyste jej nerušili. Pokud se jedná o mechanismy nebo zařízení - jak je používat, aby později nebylo nesnesitelně bolestivé je opravovat.

Zároveň, když to vezmeme v globálním měřítku, poušť je také izolovaný systém: uvnitř ní probíhají určité mechanismy životně důležité činnosti, které ji nepřekračují. Lesy, stepi, sopky a atmosféra slouží jako relativně izolované ekosystémy. Lidé, kteří nerozumí tomu, jak pracují, si někdy neuvědomují rozsah problémů, které způsobují.

Je tu ještě jedno „ale“. Izolovaný systém nikdy nebude existovat zcela odděleně od ostatních systémů. Ale tento koncept existuje. Je vhodný pro výpočty v matematice, termodynamice, chemii a fyzice. Všechnoenergie a hmota, které izolovaný systém vyzařuje, jsou brány jako nulové a operují s čísly, která jsou v danou chvíli potřebná.

Izolujte neizolované

I otevřený systém se může izolovat, pokud jej něco odděluje od prostředí. Adiabatický systém funguje jako přepážka, která slouží jako plášť pro otevřený systém, čímž je uzavřen. Dá se to přirovnat k fólii omotané kolem předmětu, který se ho snaží chránit před slunečními paprsky.

Pokud se na to podíváte v širším slova smyslu, pak atmosféra pro Zemi může sloužit jako příklad – chrání planetu před kosmickým vlivem a slouží jako skořápka, která nám dává život.

Pro uzavřený izolovaný systém platí zákon zachování hybnosti: Součet impulsů v uzavřeném systému zůstává konstantní, bez ohledu na to, jak se tělesa uvnitř systému vzájemně ovlivňují. A právem: ačkoli se síla impulsů může měnit s časem, okolnostmi, příležitostmi, jejich součet zůstane stále konstantní.

Tlustá tečka na konci…

Závěr se tedy nabízí takto:

Izolovaný systém je co nejvíce nezávislý na svém prostředí a produkuje energii, práci a hmotu v sobě. Zůstane konstantní, zatímco se bude snažit o rovnováhu.
Uzavřený izolovaný systém také nebude závislý na podmínkách prostředí, nebude od sebe nic rozlišovat, ale práce v něm bude rovna nule celkem. To znamená, že zákon zachování hybnosti buderozšířit na takový systém spíše než na otevřený.
Izolovaný systém v termodynamice nebude záviset na teplotě prostředí. Tohoto stavu se stavebníci snaží dosáhnout při zateplování domů. Mimochodem, pěna může snadno sloužit jako adiabatická skořepina domu, což z něj dělá izolovaný systém.
Izolovaný systém v zásadě neexistuje: vše s něčím interaguje. Pokud akvárium zavřete, voda bude chudá na kyslík a ryby zemřou. Stejně zůstávají v červených číslech.