Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Замкнутая система является физической системой , которая не позволяет перенос вещества в или из системы, хотя, в различных контекстах, такие как физика , химия или техники , передача энергии или не допускаются.

В физике [ править ]

В классической механике [ править ]

В нерелятивистской классической механике закрытая система - это физическая система , которая не обменивается никаким веществом со своим окружением и не подвергается действию какой-либо чистой силы , источник которой является внешним по отношению к системе. [1] [2] Замкнутая система в классической механике была бы эквивалентна изолированной системе в термодинамике . Закрытые системы часто используются для ограничения факторов, которые могут повлиять на результаты конкретной проблемы или эксперимента.

В термодинамике [ править ]

Свойства изолированных, закрытых и открытых систем при обмене энергией и веществом.

В термодинамике замкнутая система может обмениваться энергией ( теплом или работой ), но не материей , с окружающей средой. Изолированная система не может обмениваться любое тепло, работы, или материи с окружающей средой, в то время как открытая система может обмениваться энергией и материи. [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] (Эта схема определения терминов не используется повсеместно, хотя она удобна для некоторых целей. В частности, некоторые авторы используют «закрытую систему» 'где здесь используется' изолированная система '. [10] [11] )

Для простой системы, состоящей только из одного типа частиц (атома или молекула), замкнутая система составляет постоянное количество частиц. Однако для систем, которые подвергаются химической реакции , в процессе реакции могут генерироваться и разрушаться всевозможные молекулы. В этом случае тот факт, что система замкнута, выражается в том, что общее количество каждого элементарного атома сохраняется, независимо от того, частью какой молекулы он может быть. Математически:

где - количество молекул j-типа, - количество атомов элемента в молекуле и - общее количество атомов элемента в системе, которое остается постоянным, поскольку система замкнута. Для каждого элемента системы будет одно такое уравнение.

В термодинамике замкнутая система важна для решения сложных термодинамических задач. Это позволяет устранить некоторые внешние факторы, которые могут повлиять на результаты эксперимента или проблемы, тем самым упрощая ее. Замкнутая система также может использоваться в ситуациях, когда для упрощения ситуации требуется термодинамическое равновесие .

В квантовой физике [ править ]

Это уравнение, называемое уравнением Шредингера , описывает поведение изолированной или замкнутой квантовой системы, то есть, по определению, системы, которая не обменивается информацией (то есть энергией и / или материей) с другой системой. Таким образом, если изолированная система находится в некотором чистом состоянии | ψ (t) ∈ H в момент времени t, где H обозначает гильбертово пространство системы, временную эволюцию этого состояния (между двумя последовательными измерениями). [12]

где i - мнимая единица , ħ - постоянная Планка, деленная на , символ/тобозначает частную производную по времени t , Ψ (греческая буква psi ) - волновая функция квантовой системы, а Ĥ - гамильтонов оператор (который характеризует полную энергию любой данной волновой функции и принимает различные формы в зависимости от ситуация).

По химии [ править ]

В химии закрытая система - это система, в которой не могут улетучиваться никакие реагенты или продукты, только тепло может передаваться свободно (например, ледяной холодильник). Замкнутая система может использоваться при проведении химических экспериментов, в которых температура не играет роли (т. Е. Достижение теплового равновесия ).

В инженерии [ править ]

В инженерном контексте закрытая система - это связанная система, т. Е. Определенная, в которой каждый вход известен, и каждый результат известен (или может быть известен) в течение определенного времени.

См. Также [ править ]

  • Глоссарий теории систем
  • Динамическая система
  • Изолированная система
  • Открытая система (теория систем)
  • Смысл и ответ
  • Термодинамическая система

Ссылки [ править ]

  1. ^ Рана, Северная Каролина; PS Joag (1991). Классическая механика . п. 78. ISBN 978-0-07-460315-4.
  2. ^ Ландау, LD ; Е.М. Лифшиц (1976). Механика (третье изд.). п. 8. ISBN 978-0-7506-2896-9.
  3. ^ Пригожин И. , Defay, R. (1950/1954). Химическая термодинамика , Longmans, Green & Co, Лондон, стр. 66.
  4. ^ Тиса, Л. (1966). Обобщенная термодинамика , MIT Press, Cambridge MA, стр. 112–113.
  5. ^ Guggenheim, EA (1949/1967). Термодинамика. Advanced Treatment for Chemists and Physicsists , (1st edition 1949) 5th edition 1967, North-Holland, Amsterdam, p. 14.
  6. Перейти ↑ Münster, A. (1970). Классическая термодинамика , перевод Е.С. Хальберштадта, Wiley – Interscience, Лондон, стр. 6–7.
  7. Перейти ↑ Haase, R. (1971). Обзор основных законов, глава 1 термодинамики , страницы 1–97 тома 1, изд. W. Jost, Физическая химия. Расширенный трактат , изд. Х. Эйринг, Д. Хендерсон, У. Йост, Academic Press, Нью-Йорк, lcn 73–117081, с. 3.
  8. ^ Tschoegl, NW (2000). Основы равновесия и устойчивой термодинамики , Elsevier, Амстердам, ISBN 0-444-50426-5 , стр. 5. 
  9. ^ Silbey, RJ, Альберти, RA , Bawendi, MG (1955/2005). Физическая химия , четвертое издание, Wiley, Hoboken NJ, p. 4.
  10. ^ Каллен, HB (1960/1985). Термодинамика и введение в термостатистику , (1-е издание, 1960 г.), 2-е издание, 1985 г., Wiley, New York, ISBN 0-471-86256-8 , стр. 17. 
  11. ^ тер Хаар, Д. , Вергеланд, Х. (1966). Элементы термодинамики , Addison-Wesley Publishing, Reading MA, p. 43.
  12. ^ Ривас, Анхель; Ф. Уэльга, Сусана (октябрь 2011 г.). Открытые квантовые системы . Берлин Гейдельберг: Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-23354-8.