Термодинамикадағы оқшауланған жүйе: анықтамасы, ерекшеліктері және мысалдары

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-02-12 09:50

Термодинамикада жүйенің бірнеше түрі бар: оқшауланған және оқшауланбаған. Олар қай жерде, қашан қолданылғаны олардың қаншалықты пайдалы екенін және оларға қалай күтім жасау керектігін көрсетеді. Әйтпесе, мұндай жүйелер адам жұмысына зиянды болып шықса, олардан қалай құтылуға болады.

Бұл не?

Оқшауланған жүйе - бұл барлық материяның энергиясын сақтайтын атомдар мен молекулалардың (заттың, планетаның, адам денесінің) кез келген жинақталуы. Мұндай жүйе сыртқы әлемнен толығымен оқшауланған, оны жабық деп те атайды.

Оқшауланған жүйенің мәні мынада: ол өзінің барлық қалауымен жылуды бөліспейді, энергияны шашпайды, затты одан күшпен алып тастау керек болады. Мысалы, сіз аквариумды көре аласыз. Оның ішінде процестер жүреді: балықтар өледі, су нашарлайды, қабықшалар шөгеді. Бірақ аквариум сыртқы ортамен байланыста емес.

Оқшауланған жүйенің тағы бір мысалы - темір - ол энергияны өзі жұмсамайды, заттармен бөліспейді. Мұндай құбылыс цистерна қозғалтқыштарында, күн жүйесінде - энергияны басқалармен бөліспейтін барлық нәрселерде байқалады.

Жабық оқшауланған жүйелергесіз көлікті ала алмайсыз - ол белгілі бір жылдамдықпен өздігінен қозғалады! Оған сонымен қатар шәйнектер, өсімдіктер, тірі организмдер кірмейді - олар сыртқы әлеммен заттарды бөліседі. Қайнаған кезде тірі ағзалар зат алмасу өнімдерін, өсімдіктер - оттегі, шәйнек - бу шығарады.

Қызықты факт: тұйық жүйе деп өндірілген күштер мен жұмыстың қосындысы нөлге тең, ал оқшауланған – денелер басқа жүйелерден бөлек әрекет ететін жүйе деп аталады. Сонымен бірге оқшауланған жүйе әрқашан жабық болмайды, бірақ жабық жүйе міндетті түрде оқшауланған болады.

Қозғалыс - бұл тұзақ

Бір ескерту бар: олар өздігінен қозғала алмайды, бірақ егер оларды біреу жылжытса, онда ереже бұзылмайды. Сонымен, егер сіз оқшауланған жүйені алып, оны биіктіктен лақтырсаңыз, оны кездейсоқ түсіріп алсаңыз, парашюттен түсірсеңіз - бұл маңызды емес, ол оқшаулануды тоқтатпайды. Әрине, мұндай әрекеттер кезінде ол бұзылмаса - биіктіктен лақтырылған бір бөтелке су барлық суды сыртқа шығарады - заттарды басқа жүйелермен бөлісіңіз - бұл жүйе енді жабылмайды дегенді білдіреді.

Бұл сипаттама тапанша мен оққа сәйкес келеді - триггерде саусақсыз жұмыс істемейді, ауыр дене және Жер - денені жерге итермесеңіз ештеңе болмайды.

Жылуды да ескеру керек

Термодинамикадағы оқшауланған жүйе – бұл ешқашан ештеңені бөліспейтін макродене: энергия, зат және жылу жүйенің шегінен шықпайды. Мысалы, термос. Оған құйылған шайдың дәрежесін сақтайды, сусын адамның араласуынсыз мәжбүрлі түрде (ашып, құйыңыз)өзі) бөліспейді және ешқайда энергия жұмсамайды.

Сонымен қатар, оқшауланған жүйе әрқашан термодинамикалық тепе-теңдікке жетуге ұмтылады және оны осы күйден шығару үшін басқа біреу қажет. Яғни, сол термосты мысалға келтірсек, қоршаған ортада ұзақ уақыт болған кезде шай әлі де суытады. Сондықтан оны қайтадан ыстық шаймен толтыратын және жүйе қайтадан термодинамикалық оқшауланатын адам қажет.

Бұл не үшін қажет?

Оқшауланған жүйе түсінігі көптеген механизмдерді, жүйелерді және экожүйелерді қамтиды. Адамға дұрыс күтім жасау үшін олардың қалай орналасатынын түсіну керек. Егер бұл аквариум болса, оған қолдармен және аяқтармен көтеріліп, оны тазалауға тырыспастан бұрын, оны бұзбау үшін бәрін қалай істеу керектігін білу керек. Егер бұл механизмдер немесе жабдық болса - оларды қалай пайдалану керек, осылайша кейін оларды жөндеу ауыртпалықсыз болады.

Сонымен бірге, жаһандық масштабта алатын болсақ, шөл де оқшауланған жүйе: оның ішінде өмірлік белсенділіктің белгілі бір механизмдері өтеді, олар одан әрі аспайды. Ормандар, далалар, жанартаулар және атмосфера салыстырмалы түрде оқшауланған экожүйелер ретінде қызмет етеді. Адамдар, олардың қалай жұмыс істейтінін түсінбей, кейде өздері жасайтын қиындықтардың ауқымын түсінбейді.

Тағы бір "бірақ" бар. Оқшауланған жүйе ешқашан басқа жүйелерден толығымен бөлек болмайды. Бірақ бұл тұжырымдама бар. Математика, термодинамика, химия және физика бойынша есептеулер жүргізуге ыңғайлы. Бәріоқшауланған жүйе шығаратын энергия мен зат нөл ретінде қабылданады және қазіргі уақытта қажет сандармен жұмыс істейді.

Оқшауланбағандарды оқшаулаңыз

Тіпті ашық жүйе оны қоршаған ортадан бірдеңе бөлсе, оқшаулануы мүмкін. Адиабаталық жүйе бөлімнің рөлін атқарады, ол ашық жүйе үшін қабық ретінде қызмет етеді, оны жабық етеді. Оны күн сәулесінен қорғайтын заттың айналасына оралған фольгамен салыстыруға болады.

Егер сіз кеңірек мағынада қарасаңыз, онда Жер үшін атмосфера мысал бола алады - ол планетаны ғарыштық әсерден қорғайды және бізге өмір беретін қабық ретінде қызмет етеді.

Тұйық оқшауланған жүйе үшін импульстің сақталу заңы бар: Тұйық жүйедегі импульстардың қосындысы жүйе ішінде денелер бір-бірімен қалай әрекеттессе де, тұрақты болып қалады. Бұл дұрыс: импульстардың күші уақытқа, жағдайларға, мүмкіндіктерге байланысты өзгеруі мүмкін болса да, олардың қосындысы бұрынғысынша тұрақты болып қалады.

Соңында қалың нүкте…

Осылайша, қорытынды келесідей көрінеді:

• Оқшауланған жүйе мүмкіндігінше қоршаған ортадан тәуелсіз, өз ішінде энергия, жұмыс және зат шығарады. Ол теңгерімге ұмтылған кезде тұрақты болып қалады.
• Жабық оқшауланған жүйе де қоршаған орта жағдайына тәуелді болмайды, өзінен ешнәрсені ажыратпайды, бірақ ондағы жұмыс жалпы нөлге тең болады. Яғни импульстің сақталу заңы боладыашық жүйеге емес, осындай жүйеге таралады.
• Термодинамикадағы оқшауланған жүйе қоршаған ортаның жылуына тәуелді болмайды. Құрылысшылар үйлерді оқшаулағанда осы күйге жетуге тырысады. Айтпақшы, көбік үйге арналған адиабаталық қабық ретінде оңай қызмет ете алады, бұл оны оқшауланған жүйеге айналдырады.
• Оқшауланған жүйе негізінен жоқ: бәрі бір нәрсемен әрекеттеседі. Егер сіз аквариумды жапсаңыз, суда оттегі нашар болады, ал балықтар өледі. Олар бәрібір қызыл түсте қалады.

Тәжірибе таза болуы үшін ғылымға оқшауланған жүйелер қажет - кейбір шамаларды елемеуге болады. Бірақ өмірде олар дұрыс күтім мен пайдалануды қажет етеді.