Zamknięty system - Closed system

Układ zamknięty to układ fizyczny, który nie pozwala na transfer materii do lub z układu, chociaż w różnych kontekstach, takich jak fizyka , chemia czy inżynieria , transfer energii jest lub nie jest dozwolony.

W fizyce

W mechanice klasycznej

W nierelatywistycznej mechanice klasycznej układ zamknięty jest układem fizycznym, który nie wymienia żadnej materii z otoczeniem i nie podlega żadnej sile netto, której źródło jest zewnętrzne w stosunku do układu. Układ zamknięty w mechanice klasycznej byłby odpowiednikiem układu izolowanego w termodynamice . Systemy zamknięte są często używane w celu ograniczenia czynników, które mogą wpływać na wyniki konkretnego problemu lub eksperymentu.

W termodynamice

Właściwości układów izolowanych, zamkniętych i otwartych w wymianie energii i materii.

W termodynamice układ zamknięty może wymieniać energię (jako ciepło lub pracę ), ale nie materię , z otoczeniem. System izolowany nie może wymieniać ciepła, pracy ani materii z otoczeniem, podczas gdy system otwarty może wymieniać energię i materię. (Ten schemat definicji terminów nie jest stosowany jednolicie, chociaż jest wygodny dla niektórych celów. W szczególności niektórzy autorzy używają „systemu zamkniętego”, gdzie „system izolowany” jest tutaj używany).

W przypadku prostego układu, zawierającego tylko jeden rodzaj cząstki (atom lub cząsteczkę), układ zamknięty oznacza stałą liczbę cząstek. Jednak w przypadku systemów, w których zachodzi reakcja chemiczna , w procesie reakcji mogą powstawać i niszczyć różnego rodzaju cząsteczki. W tym przypadku fakt, że układ jest zamknięty, wyraża się stwierdzeniem, że całkowita liczba każdego atomu pierwiastkowego jest zachowana, bez względu na rodzaj cząsteczki, której może być częścią. Matematycznie:

{\ Displaystyle \ suma _ {j = 1} ^ {m} a_ {ij} N_ {j} = b_ {i}}

gdzie jest liczbą cząsteczek typu j, jest liczbą atomów pierwiastka w cząsteczce i jest całkowitą liczbą atomów pierwiastka w układzie, która pozostaje stała, ponieważ układ jest zamknięty. Dla każdego elementu systemu będzie jedno takie równanie. ${\ Displaystyle N_ {j}}$ $a_{ij}$ $i$ $j$ $b_{i}$ $i$

W termodynamice układ zamknięty jest ważny dla rozwiązywania skomplikowanych problemów termodynamicznych. Pozwala to na eliminację niektórych czynników zewnętrznych, które mogłyby zmienić wyniki eksperymentu lub problemu, upraszczając go tym samym. System zamknięty może być również stosowany w sytuacjach, w których do uproszczenia sytuacji wymagana jest równowaga termodynamiczna .

W fizyce kwantowej

Równanie to, zwane równaniem Schrödingera , opisuje zachowanie izolowanego lub zamkniętego układu kwantowego, czyli z definicji układu, który nie wymienia informacji (tj. energii i/lub materii) z innym układem. Więc jeśli izolowany układ jest w jakimś czystym stanie |ψ(t) ∈ H w czasie t, gdzie H oznacza przestrzeń Hilberta układu, czasową ewolucję tego stanu (pomiędzy dwoma kolejnymi pomiarami).

{\ Displaystyle i \ hbar {\ Frac {\ częściowy} {\ częściowy t}} \ psi \ lewo (\ mathbf {r}, t \ prawo) = {\ kapelusz {H}} \ psi \ lewo (\ mathbf { r} ,t\prawo)\,\!}

gdzie $i$ jest jednostką urojoną , $ħ$ jest stałą Plancka podzieloną przez $2π$ , symbol $.mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output .sfrac.tion,.mw-parser-output .sfrac .tion{display:inline-block;vertical-align:-0.5em;font-size:85%;text-align:center}.mw-parser-output .sfrac .num,.mw-parser-output .sfrac .den{display:block;line-height:1em;margin:0 0.1em}.mw-parser-output .sfrac .den{border-top:1px solid}.mw-parser-output .sr-only{border:0;clip:rect(0,0,0,0);height:1px;margin:-1px;overflow:hidden;padding:0;position:absolute;width:1px} ∂/∂ t$ wskazuje pochodną cząstkową względem czasu $t$ , $Ψ$ (grecka litera psi ) jest funkcją falową układu kwantowego, a $Ĥ$ jest operatorem hamiltonowskim (który charakteryzuje całkowitą energię dowolnej funkcji falowej i przybiera różne formy w zależności od sytuacja).

W chemii

W chemii układ zamknięty to miejsce, w którym żadne reagenty lub produkty nie mogą się wydostać, a jedynie ciepło może być swobodnie wymieniane (np. chłodnica lodowa). System zamknięty może być stosowany podczas przeprowadzania eksperymentów chemicznych, w których temperatura nie jest czynnikiem (np. osiągnięcie równowagi termicznej ).

W inżynierii

W kontekście inżynierskim , układ zamknięty jest układem związanym, tj. zdefiniowanym, w którym każde wejście jest znane, a każda wypadkowa jest znana (lub może być znana) w określonym czasie.

Languages

In other projects