Isoleeritud süsteem termodünaamikas: määratlus, omadused ja näited

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-02-12 06:19

Termodünaamikas on mitut tüüpi süsteeme: isoleeritud ja isoleerimata. Kust neid leitakse, millal neid rakendatakse, näitab, kui kasulikud need võivad olla ja kuidas neid hooldada. Kui sellised süsteemid osutuvad inimese tööle kahjulikuks, kuidas neist lahti saada.

Mis see on?

Isoleeritud süsteem on absoluutselt igasugune aatomite ja molekulide kogum (asi, planeet, inimkeha), mis säilitab kogu mateeria energia. Selline süsteem on välismaailmast täielikult isoleeritud, seda nimetatakse ka suletuks.

Isoleeritud süsteemi olemus seisneb selles, et kogu oma soovi juures ei jaga see soojust, ei raiska energiat, aine tuleb t alt jõuga ära võtta. Näiteks võite vaadata akvaariumi. Selle sees toimuvad protsessid: kalad surevad, vesi halveneb, kestad varisevad kokku. Kuid akvaarium ei puutu väliskeskkonnaga kokku.

Teine näide isoleeritud süsteemist on raud – see ei kuluta ise energiat ega jaga aineid. Sellist nähtust täheldatakse tankimootorites, päikesesüsteemis – kõiges, mis ei jaga energiat teistega.

Suletud isoleeritud süsteemidelete ei saa autot võtta - see liigub teatud kiirusega iseenesest! See ei hõlma ka teekannud, taimi, elusorganisme – need jagavad aineid välismaailmaga. Elusorganismid eraldavad keetmisel ainevahetusprodukte, taimed - hapnikku, veekeetja - auru.

Huvitav fakt: suletud süsteemiks nimetatakse süsteemi, kus tekkivate jõudude ja töö summa on võrdne nulliga ja isoleeritud – kus kehad lihts alt toimivad teistest süsteemidest eraldi. Samal ajal ei ole isoleeritud süsteem alati suletud, kuid suletud süsteem on tingimata isoleeritud.

Liikumine on lõks

On üks hoiatus: nad ei saa ise liikuda, aga kui keegi neid liigutab, siis reeglit ei rikuta. Seega, kui võtate isoleeritud süsteemi ja viskate selle kõrguselt, kukutage see kogemata maha, kukutage langevarjult alla - see pole oluline, see ei lakka olemast isoleerimast. Kui see muidugi selliste toimingute käigus katki ei lähe - sama kõrgelt visatud veepudel laseb kogu vee välja - jagage ainet teiste süsteemidega - mis tähendab, et süsteem ei ole enam suletud.

See kirjeldus sobib püstolile ja kuulile – ei tööta ilma päästiku näputa, raske keha ja Maa – midagi ei juhtu, kui keha maapinnale ei suru.

Arvestada tuleks ka soojusega

Isoleeritud süsteem termodünaamikas on makrokeha, mis ei jaga kunagi midagi: energia, aine ja soojus ei ületa süsteemi piire. Näiteks on termos. See hoiab sisse valatud tee kraadi, jooki ilma inimese sekkumiseta sunniviisiliselt (avatud ja valaise) ei jaga ega kuluta energiat kuhugi.

Lisaks püüdleb isoleeritud süsteem alati termodünaamilise tasakaalu saavutamiseks ja selle seisundist väljatoomiseks on vaja kedagi teist. Ehk kui tuua näide samast termosest, siis pikaajalisel keskkonnas viibimisel tee ikka jahtub. Seetõttu on vaja inimest, kes täidab selle uuesti kuuma teega ja süsteem on taas termodünaamiliselt isoleeritud.

Milleks seda vaja on?

Isoleeritud süsteemi mõiste hõlmab paljusid mehhanisme, süsteeme ja ökosüsteeme. Inimene peab mõistma, kuidas ta on paigutatud, et tema eest korralikult hoolitseda. Kui see on akvaarium, siis enne käte ja jalgadega sinna ronimist, proovides seda puhastada, peate kõigepe alt nägema, kuidas kõike teha, et seda mitte häirida. Kui need on mehhanismid või seadmed – kuidas neid kasutada, et hiljem poleks nende parandamine piinav alt valus.

Samas, kui võtta seda globaalses mastaabis, on kõrb ka isoleeritud süsteem: selle sees toimuvad teatud elutegevuse mehhanismid, mis ei ulatu sellest kaugemale. Metsad, stepid, vulkaanid ja atmosfäär on suhteliselt isoleeritud ökosüsteemid. Inimesed, kes ei mõista, kuidas nad töötavad, ei mõista mõnikord enda tekitatud probleemide ulatust.

On veel üks "aga". Isoleeritud süsteem ei eksisteeri kunagi teistest süsteemidest täiesti eraldi. Kuid see kontseptsioon on olemas. See on mugav arvutuste tegemiseks matemaatikas, termodünaamikas, keemias ja füüsikas. Kõikenergia ja aine, mida isoleeritud süsteem kiirgab, võetakse nulliks ja toimivad numbritega, mida hetkel vaja on.

Isoleerige isoleerimata

Isegi avatud süsteem võib isoleerida, kui miski eraldab selle keskkonnast. Adiabaatiline süsteem toimib vaheseinana, mis toimib avatud süsteemi kestana, muutes selle suletuks. Seda võib võrrelda objekti ümber mähitud fooliumiga, mis püüab seda päikesekiirte eest kaitsta.

Kui vaadata seda laiem alt, siis Maa atmosfäär võib olla eeskujuks – see kaitseb planeeti kosmilise mõju eest ja toimib kestana, mis annab meile elu.

Suletud isoleeritud süsteemi jaoks kehtib impulsi jäävuse seadus: suletud süsteemi impulsside summa jääb konstantseks, olenemata sellest, kuidas kehad süsteemi sees üksteisega suhtlevad. Ja õigustatult: kuigi impulsside tugevus võib aja, olude ja võimaluste muutudes muutuda, jääb nende summa siiski muutumatuks.

Paks täpp lõpus…

Seega on järeldus järgmine:

• Isoleeritud süsteem on oma keskkonnast võimalikult sõltumatu, toodab endas energiat, tööd ja ainet. See jääb püsivaks, püüdes samal ajal tasakaalu.
• Suletud isoleeritud süsteem ei sõltu ka keskkonnatingimustest, ei erista endast midagi, kuid töö selles võrdub kokku nulliga. See tähendab, et impulsi jäävuse seadus saab olemalaieneda sellisele süsteemile, mitte avatud süsteemile.
• Isoleeritud süsteem termodünaamikas ei sõltu keskkonna kuumusest. Ehitajad püüavad seda seisundit saavutada maju soojustades. Muide, vaht võib kergesti toimida maja adiabaatilise kestana, muutes selle isoleeritud süsteemiks.
• Isoleeritud süsteemi põhimõtteliselt ei eksisteeri: kõik suhtleb millegagi. Kui sulgete akvaariumi, on vesi hapnikuvaene ja kalad surevad. Need jäävad nagunii miinusesse.

Teadus vajab katse puhtuse tagamiseks isoleeritud süsteeme – mõned kogused võib tähelepanuta jätta. Aga elus – nad vajavad korralikku hoolt ja kasutamist.