Hệ thống biệt lập trong nhiệt động lực học: định nghĩa, tính năng và ví dụ

2024 Tác giả: Henry Conors | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-02-12 14:35

Có một số loại hệ thống trong nhiệt động lực học: cô lập và không cô lập. Nơi chúng được tìm thấy, khi chúng được áp dụng, cho thấy chúng có thể hữu ích như thế nào và cách chăm sóc chúng. Mặt khác, nếu những hệ thống như vậy trở nên có hại cho công việc của con người, thì làm cách nào để loại bỏ chúng.

Đây là gì?

Một hệ thống cô lập là hoàn toàn bất kỳ sự tích tụ nào của các nguyên tử và phân tử (một vật, một hành tinh, một cơ thể con người) để giữ lại năng lượng của tất cả vật chất. Một hệ thống như vậy hoàn toàn cách biệt với thế giới bên ngoài, nó còn được gọi là đóng cửa.

Bản chất của một hệ cô lập là, với tất cả mong muốn của nó, nó sẽ không chia sẻ nhiệt, không tiêu tốn năng lượng, chất sẽ phải được lấy đi bằng vũ lực. Ví dụ, bạn có thể nhìn vào bể cá. Các quá trình diễn ra bên trong nó: cá chết, nước kém đi, vỏ bị xẹp. Nhưng bể cá không tiếp xúc với môi trường bên ngoài.

Một ví dụ khác về hệ thống cô lập là bàn là - nó sẽ không tự tiêu năng lượng, không chia sẻ các chất. Hiện tượng như vậy được quan sát thấy trong động cơ xe tăng, hệ mặt trời - trong mọi thứ không chia sẻ năng lượng với người khác.

Để đóng các hệ thống bị cô lậpbạn không thể đi ô tô - nó tự di chuyển ở một tốc độ nhất định! Nó cũng không bao gồm ấm trà, thực vật, sinh vật sống - chúng chia sẻ chất với thế giới bên ngoài. Các sinh vật sống thải ra các sản phẩm trao đổi chất, thực vật - ôxy, ấm - hơi nước khi đun sôi.

Sự thật thú vị: một hệ thống khép kín được gọi là một hệ thống mà tổng các lực sinh ra và công bằng 0, và bị cô lập - nơi mà các vật thể chỉ hoạt động tách biệt với các hệ thống khác. Đồng thời, một hệ thống cô lập không phải lúc nào cũng đóng, nhưng một hệ thống đóng sẽ nhất thiết phải bị cô lập.

Phong trào là một cái bẫy

Có một lưu ý: chúng không thể tự di chuyển, nhưng nếu ai đó di chuyển chúng, thì quy tắc đó không bị vi phạm. Vì vậy, nếu bạn lấy một hệ thống biệt lập và ném nó từ độ cao, vô tình làm rơi nó, thả nó từ một chiếc dù - điều đó không quan trọng, nó sẽ không ngừng bị cô lập. Tất nhiên, trừ khi nó bị hỏng trong những hành động như vậy - cùng một chai nước được ném từ độ cao sẽ giải phóng hết nước ra ngoài - chia sẻ vật chất với các hệ thống khác - có nghĩa là hệ thống sẽ không còn được đóng lại.

Mô tả này phù hợp với một khẩu súng lục và một viên đạn - không hoạt động nếu không có ngón tay vào cò súng, cơ thể nặng nề và Trái đất - sẽ không có gì xảy ra nếu bạn không đẩy cơ thể xuống đất.

Nhiệt cũng nên được tính đến

Một hệ cô lập trong nhiệt động lực học là một vật vĩ mô không bao giờ chia sẻ bất cứ thứ gì: năng lượng, vật chất và nhiệt lượng không vượt ra ngoài giới hạn của hệ thống. Một ví dụ là một cái phích nước. Nó giữ cho mức độ của trà được rót vào nó, một thức uống mà không có sự can thiệp của con người cưỡng bức (mở và rótbản thân) sẽ không chia sẻ, và không tiêu tốn năng lượng ở bất cứ đâu.

Hơn nữa, một hệ thống cô lập luôn cố gắng đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt động lực học, và cần có người khác để đưa nó ra khỏi trạng thái này. Có nghĩa là, nếu chúng ta đưa ra một ví dụ về cùng một phích nước, thì với một thời gian dài trong môi trường, trà vẫn sẽ nguội đi. Do đó, cần một người rót đầy lại trà nóng, và hệ thống sẽ lại được cách ly về mặt nhiệt động lực học.

Tại sao nó lại cần?

Khái niệm về một hệ thống cô lập bao gồm nhiều cơ chế, hệ thống và hệ sinh thái. Một người cần hiểu về cách chúng được sắp xếp để chăm sóc chúng đúng cách. Nếu đây là bể cá, thì trước khi dùng tay và chân trèo vào nó, cố gắng làm sạch nó, trước tiên bạn phải xem cách làm mọi thứ để không làm phiền nó. Nếu đây là các cơ chế hoặc thiết bị - thì hãy sử dụng chúng như thế nào để sau này không phải sửa chữa quá nhiều.

Đồng thời, nếu chúng ta xét nó trên phạm vi toàn cầu, sa mạc cũng là một hệ thống biệt lập: một số cơ chế hoạt động quan trọng diễn ra bên trong nó, không vượt ra ngoài nó. Rừng, thảo nguyên, núi lửa và khí quyển là những hệ sinh thái tương đối biệt lập. Mọi người, không hiểu cách họ làm việc, đôi khi không nhận ra quy mô của rắc rối mà họ tạo ra.

Còn một chữ "nhưng" nữa. Một hệ thống biệt lập sẽ không bao giờ tồn tại hoàn toàn tách biệt với các hệ thống khác. Nhưng khái niệm này tồn tại. Nó thuận tiện cho việc tính toán toán học, nhiệt động lực học, hóa học và vật lý. Tất cả cácnăng lượng và vật chất mà một hệ thống cô lập phát ra được coi là 0 và hoạt động với những con số cần thiết vào lúc này.

Cách ly không bị cô lập

Ngay cả một hệ thống mở cũng có thể bị cô lập nếu có thứ gì đó ngăn cách nó với môi trường. Hệ thống đoạn nhiệt hoạt động như một phân vùng, đóng vai trò như một lớp vỏ cho một hệ thống mở, làm cho nó đóng lại. Nó có thể được so sánh như giấy bạc quấn quanh một vật thể, cố gắng bảo vệ nó khỏi tia nắng mặt trời.

Nếu bạn nhìn nó theo nghĩa rộng hơn, thì bầu khí quyển của Trái đất có thể là một ví dụ - nó bảo vệ hành tinh khỏi ảnh hưởng của vũ trụ và đóng vai trò như một lớp vỏ mang lại sự sống cho chúng ta.

Có một định luật bảo toàn động lượng đối với hệ cô lập kín: Tổng các xung lực trong một hệ kín không đổi, bất kể các vật thể tương tác với nhau như thế nào bên trong hệ thống. Và đúng như vậy: mặc dù sức mạnh của các xung động có thể thay đổi theo thời gian, hoàn cảnh, cơ hội, nhưng tổng của chúng vẫn sẽ không đổi.

Dấu chấm dày ở cuối…

Vì vậy, kết luận tự gợi ý như sau:

• Một hệ thống biệt lập càng độc lập với môi trường của nó càng tốt, tạo ra năng lượng, công việc và vật chất bên trong chính nó. Nó sẽ không đổi, trong khi cố gắng cân bằng.
• Một hệ thống cô lập khép kín cũng sẽ không phụ thuộc vào điều kiện môi trường, sẽ không phân biệt bất cứ thứ gì với chính nó, nhưng tổng công việc trong đó sẽ bằng không. Tức là, định luật bảo toàn động lượng sẽ làmở rộng cho một hệ thống như vậy thay vì một hệ thống mở.
• Một hệ cô lập trong nhiệt động lực học sẽ không phụ thuộc vào nhiệt của môi trường. Các nhà xây dựng cố gắng đạt được trạng thái này khi họ cách nhiệt các ngôi nhà. Nhân tiện, bọt có thể dễ dàng đóng vai trò như một lớp vỏ đoạn nhiệt cho một ngôi nhà, khiến nó trở thành một hệ thống cách nhiệt.
• Một hệ thống biệt lập không tồn tại về nguyên tắc: mọi thứ đều tương tác với một thứ gì đó. Nếu bạn đóng cửa bể cá, nước sẽ nghèo oxy và cá sẽ chết. Dù sao thì chúng vẫn ở trong màu đỏ.

Khoa học cần những hệ thống cô lập để có được độ tinh khiết của thí nghiệm - một số đại lượng có thể bị bỏ qua. Nhưng trong cuộc sống - chúng cần được chăm sóc và sử dụng đúng cách.