Термодинамик дахь тусгаарлагдсан систем: тодорхойлолт, онцлог, жишээ

2024 Зохиолч: Henry Conors | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-02-12 10:52

Термодинамикийн хэд хэдэн төрлийн систем байдаг: тусгаарлагдсан ба тусгаарлагдаагүй. Тэдгээрийг хаанаас олж, хэзээ хэрэглэх нь хичнээн ашигтай, хэрхэн халамжлахыг харуулдаг. Тэгэхгүй бол ийм систем хүний ажилд хор хөнөөлтэй болвол яаж салах вэ.

Энэ юу вэ?

Тусгаарлагдсан систем гэдэг нь бүх бодисын энергийг хадгалж байдаг атом, молекулуудын (юм, гариг, хүний бие) ямар ч хуримтлал юм. Ийм системийг гадаад ертөнцөөс бүрэн тусгаарласан, хаалттай гэж бас нэрлэдэг.

Тусгаарлагдсан системийн мөн чанар нь бүх хүслээр дулаанаа хуваалцахгүй, энергийг үрэхгүй, бодисыг түүнээс хүчээр зайлуулах шаардлагатай болно. Жишээлбэл, та аквариумыг харж болно. Түүний дотор үйл явц явагддаг: загас үхэж, ус муудаж, хясаа нурж унадаг. Гэхдээ аквариум нь гадаад орчинтой харьцдаггүй.

Тусгаарлагдсан системийн өөр нэг жишээ бол төмөр юм - энэ нь өөрөө эрчим хүч зарцуулахгүй, бодисыг хуваалцахгүй. Ийм үзэгдэл танкийн хөдөлгүүр, нарны систем - бусадтай эрчим хүч хуваалцдаггүй бүх зүйлд ажиглагддаг.

Битүү тусгаарлагдсан системдта машинаа авч чадахгүй - тэр өөрөө тодорхой хурдтайгаар хөдөлдөг! Үүнд цайны сав, ургамал, амьд организм ороогүй - тэд гадаад ертөнцтэй бодисыг хуваалцдаг. Амьд организм нь бодисын солилцооны бүтээгдэхүүн, ургамал - хүчилтөрөгч, данх - буцалгах үед уур ялгаруулдаг.

Сонирхолтой баримт: хаалттай системийг үйлдвэрлэсэн хүч ба ажлын нийлбэр нь тэгтэй тэнцүү, тусгаарлагдсан систем гэж нэрлэдэг - бие нь бусад системээс тусдаа ажилладаг. Үүний зэрэгцээ тусгаарлагдсан систем үргэлж хаалттай байдаггүй, харин хаалттай систем нь заавал тусгаарлагдсан байх болно.

Хөдөлгөөн бол урхи юм

Нэг анхааруулга байдаг: тэд өөрсдөө хөдөлж чадахгүй, гэхдээ хэн нэгэн тэднийг хөдөлгөвөл дүрэм зөрчигддөггүй. Тиймээс, хэрэв та тусгаарлагдсан системийг аваад өндрөөс шидэж, санамсаргүйгээр унагаж, шүхрээс унагавал энэ нь хамаагүй, тусгаарлагдахгүй байх болно. Мэдээжийн хэрэг, ийм үйлдлүүдийн үеэр үүнийг эвдэхгүй бол - өндрөөс шидсэн ижил савтай ус бүх усыг гадагшлуулна - бусад системтэй бодисыг хуваалцана - энэ нь систем хаагдахаа болино гэсэн үг юм.

Энэ тайлбар нь гар буу, суманд тохирно - гох, хүнд бие болон Дэлхий дээр хуруугүй ажиллахгүй - биеийг газарт түлхэхгүй бол юу ч болохгүй.

Дулааныг бас анхаарч үзэх хэрэгтэй

Термодинамик дахь тусгаарлагдсан систем гэдэг нь хэзээ ч юуг ч хуваалцдаггүй макро бие юм: энерги, бодис, дулаан нь системийн хязгаараас хэтэрдэггүй. Жишээ нь термос юм. Түүнд цутгасан цайны зэрэглэлтэй, хүний оролцоогүй ундаа (нээж асгах)өөрөө) хуваалцахгүй, хаана ч эрчим хүч зарцуулдаггүй.

Түүгээр ч барахгүй тусгаарлагдсан систем нь термодинамик тэнцвэрт байдалд хүрэхийг үргэлж хичээдэг бөгөөд түүнийг энэ төлөвөөс гаргахад өөр хэн нэгэн хэрэгтэй. Өөрөөр хэлбэл, хэрэв бид ижил халууны жишээг өгвөл хүрээлэн буй орчинд удаан хугацаагаар байх тусам цай хөргөнө. Тиймээс дахин халуун цайгаар дүүргэх хүн хэрэгтэй бөгөөд системийг дахин термодинамикаар тусгаарлах болно.

Яагаад хэрэгтэй байна вэ?

Тусгаарлагдсан системийн тухай ойлголт нь олон механизм, систем, экосистемийг хамардаг. Хүн тэднийг зөв арчлахын тулд тэдгээрийг хэрхэн зохион байгуулдаг талаар ойлголттой байх шаардлагатай. Хэрэв энэ нь аквариум бол гар, хөлөөрөө авирч, цэвэрлэх гэж оролдохын өмнө эхлээд түүнд саад учруулахгүйн тулд бүх зүйлийг хэрхэн яаж хийхийг олж харах хэрэгтэй. Хэрэв эдгээр нь механизм эсвэл тоног төхөөрөмж бол тэдгээрийг хэрхэн ашиглах талаар, ингэснээр дараа нь засах нь тэвчихгүй байх болно.

Үүний зэрэгцээ, хэрэв бид үүнийг дэлхийн хэмжээнд авч үзвэл, цөл нь тусгаарлагдсан систем юм: түүний дотор амин чухал үйл ажиллагааны тодорхой механизмууд явагддаг бөгөөд тэдгээр нь үүнээс хэтрэхгүй. Ой мод, тал хээр, галт уул, агаар мандал нь харьцангуй тусгаарлагдсан экосистем болдог. Хүмүүс өөрсдийнхөө хэрхэн ажилладагийг ойлгоогүйгээс үүдэн бий болгож буй бэрхшээлийнхээ цар хүрээг заримдаа анзаардаггүй.

Бас нэг "гэхдээ" байна. Тусгаарлагдсан систем хэзээ ч бусад системээс бүрэн тусдаа оршихгүй. Гэхдээ энэ ойлголт байдаг. Математик, термодинамик, хими, физикийн чиглэлээр тооцоолол хийхэд тохиромжтой. БүгдТусгаарлагдсан системээс ялгаруулж буй энерги болон бодисыг тэг болгон авч, тухайн үед шаардлагатай тоонуудтай ажилладаг.

Тусгаарлагдаагүйг нь тусгаарла

Нээлттэй систем хүртэл ямар нэг зүйл түүнийг орчноос тусгаарлавал тусгаарлагдана. Адиабат систем нь хуваалтын үүргийг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь нээлттэй системийн бүрхүүл болж, түүнийг хаалттай болгодог. Үүнийг нарны туяанаас хамгаалахыг оролдож буй объектыг ороосон тугалган цаастай зүйрлэж болно.

Хэрэв та үүнийг өргөн утгаар нь харвал дэлхийн агаар мандал нь дэлхийг сансар огторгуйн нөлөөллөөс хамгаалж, бидэнд амьдрал бэлэглэдэг бүрхүүлийн үүргийг гүйцэтгэдэг.

Битүү тусгаарлагдсан системийн импульс хадгалагдах хууль байдаг: Битүү систем дэх импульсийн нийлбэр нь системийн дотор бие биетэйгээ хэрхэн харьцаж байгаагаас үл хамааран тогтмол хэвээр байна. Энэ нь зөв: импульсийн хүч цаг хугацаа, нөхцөл байдал, боломжоор өөрчлөгдөж болох ч тэдгээрийн нийлбэр тогтмол хэвээр байх болно.

Төгсгөлд нь зузаан цэг…

Тиймээс дүгнэлт нь дараах байдлаар харагдаж байна:

• Тусгаарлагдсан систем нь хүрээлэн буй орчноосоо аль болох хараат бус, дотроо энерги, ажил, бодис үйлдвэрлэдэг. Тэнцвэрийг хадгалахын зэрэгцээ энэ нь тогтмол хэвээр байх болно.
• Хаалттай тусгаарлагдсан систем нь хүрээлэн буй орчны нөхцлөөс хамаарахгүй, өөрөөсөө юуг ч ялгахгүй, харин түүний доторх ажил нийт 0-тэй тэнцүү байх болно. Энэ нь импульс хадгалагдах хууль байх болноНээлттэй гэхээсээ илүү ийм систем рүү тэлэх.
• Термодинамик дахь тусгаарлагдсан систем нь орчны дулаанаас хамаарахгүй. Барилгачид байшинг дулаалахдаа ийм байдалд хүрэхийг хичээдэг. Дашрамд хэлэхэд, хөөс нь байшингийн адиабат бүрхүүлийн үүрэг гүйцэтгэдэг тул үүнийг тусгаарлагдсан систем болгодог.
• Тусгаарлагдсан систем зарчмын хувьд байдаггүй: бүх зүйл ямар нэгэн зүйлтэй харьцдаг. Хэрэв та аквариумыг хаавал ус нь хүчилтөрөгчийн дутагдалд орж, загас үхэх болно. Тэд ямар ч байсан улаан хэвээр байна.

Шинжлэх ухаанд туршилтын цэвэр байдлыг хангахын тулд тусгаарлагдсан систем хэрэгтэй - зарим хэмжигдэхүүнийг үл тоомсорлож болно. Гэвч амьдралд тэд зохих ёсоор арчилж, ашиглах хэрэгтэй.