Закрытая система

Тип системы

Закрытая система — это естественная физическая система , которая не допускает переноса материи в систему или из нее, хотя — в контексте физики , химии , техники и т. д. — передача энергии (например, в виде работы или тепла) разрешена. .

Физика

В классической механике

В нерелятивистской классической механике закрытая система — это физическая система , которая не обменивается каким-либо веществом с окружающей средой и не подвержена воздействию какой-либо чистой силы , источник которой находится вне системы. ^{[1] [2]} Закрытая система в классической механике будет эквивалентна изолированной системе в термодинамике . Закрытые системы часто используются для ограничения факторов, которые могут повлиять на результаты конкретной задачи или эксперимента.

В термодинамике

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

В термодинамике закрытая система может обмениваться энергией ( теплом или работой ), но не материей , с окружающей средой. Изолированная система не может обмениваться с окружающей средой теплом, работой или веществом, тогда как открытая система может обмениваться энергией и веществом. ^{[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]} (Эта схема определения терминов не используется повсеместно, хотя для некоторых целей она удобна. В частности, некоторые авторы используют «замкнутую систему» ', где здесь используется «изолированная система». ^{[10] [11]} )

Для простой системы, содержащей только один тип частиц (атом или молекула), закрытая система представляет собой постоянное число частиц. Однако в системах, в которых происходит химическая реакция , в процессе реакции могут образовываться и разрушаться самые разные молекулы. В этом случае факт замкнутости системы выражается в утверждении, что общее количество каждого элементарного атома сохраняется, независимо от того, в состав какой молекулы он может входить. Математически:

${\displaystyle \sum _{j=1}^{m}a_{ij}N_{j}=b_{i}}$

где – число молекул j-типа, – число атомов элемента в молекуле , – общее число атомов элемента в системе, которое остается постоянным, поскольку система замкнута. Для каждого отдельного элемента системы будет одно такое уравнение. ${\displaystyle N_{j}}$ ${\displaystyle a_{ij}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle j}$ ${\displaystyle b_{i}}$ ${\displaystyle i}$

В термодинамике закрытая система важна для решения сложных термодинамических задач. Это позволяет исключить некоторые внешние факторы, которые могут изменить результаты эксперимента или проблемы, тем самым упрощая их. Закрытая система также может использоваться в ситуациях, когда для упрощения ситуации требуется термодинамическое равновесие .

В квантовой физике

Это уравнение, называемое уравнением Шрёдингера , описывает поведение изолированной или закрытой квантовой системы, то есть, по определению, системы, которая не обменивается информацией (т. е. 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, временная эволюция этого состояния (между двумя последовательными измерениями). ^[12]

$${\displaystyle i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}\Psi (\mathbf {r} ,t)={\hat {H}}\Psi (\mathbf {r} ,t)}$$

где i — мнимая единица измерения , ħ — постоянная Планка, деленная на 2π , символ∂/∂ туказывает на частную производную по времени t , Ψ (греческая буква psi ) — волновая функция квантовой системы, а Ĥ — оператор Гамильтона (который характеризует полную энергию любой заданной волновой функции и принимает разные формы в зависимости от ситуация).

По химии

В химии закрытая система – это система, в которой ни реагенты, ни продукты не могут выйти наружу, а может свободно обмениваться только теплом (например, ледяной холодильник). Закрытая система может использоваться при проведении химических экспериментов, где температура не имеет значения (т.е. при достижении теплового равновесия ).

В инженерном деле

В инженерном контексте закрытая система — это связанная система, то есть определенная, в которой известен каждый входной сигнал и каждый результат известен (или может быть известен) в течение определенного времени.

Смотрите также

• Глоссарий теории систем
• Динамическая система
• Изолированная система
• Открытая система (теория систем)
• Чувствовать и реагировать
• Термодинамическая система

Рекомендации

1. Рана, Северная Каролина; PS Йоаг (1991). Классическая механика . п. 78. ИСБН 978-0-07-460315-4.
2. Ландау, LD ; Э. М. Лифшиц (1976). Механика (третье изд.). п. 8. ISBN 978-0-7506-2896-9.
3. Пригожин И. , Дефе Р. (1950/1954). Химическая термодинамика , Longmans, Green & Co, Лондон, с. 66.
4. Тиса, Л. (1966). Обобщенная термодинамика , MIT Press, Кембридж, Массачусетс, стр. 112–113.
5. Гуггенхайм, Э.А. (1949/1967). Термодинамика. Расширенное лечение для химиков и физиков , (1-е издание, 1949 г.), 5-е издание, 1967 г., Северная Голландия, Амстердам, с. 14.
6. Мюнстер, А. (1970). Классическая термодинамика , перевод Э. С. Хальберштадта, Wiley – Interscience, Лондон, стр. 6–7.
7. Хаазе, Р. (1971). Обзор фундаментальных законов, глава 1 «Термодинамики» , страницы 1–97 тома 1, изд. В. Йост, физическая химия. Продвинутый трактат , изд. Х. Айринг, Д. Хендерсон, В. Йост, Academic Press, Нью-Йорк, lcn 73–117081, с. 3.
8. Чогль, Северо-Запад (2000). Основы равновесной и стационарной термодинамики , Elsevier, Амстердам, ISBN 0-444-50426-5 , стр. 5. 
9. Силби, Р.Дж., Альберти, Р.А. , Бавенди, М.Г. (1955/2005). Физическая химия , четвертое издание, Wiley, Хобокен, штат Нью-Джерси, с. 4.
10. Каллен, HB (1960/1985). Термодинамика и введение в термостатистику , (1-е издание, 1960 г.) 2-е издание, 1985 г., Уайли, Нью-Йорк, ISBN 0-471-86256-8 , стр. 17. 
11. тер Хаар, Д. , Вергеланд, Х. (1966). Элементы термодинамики , издательство Addison-Wesley Publishing, Reading MA, с. 43.
12. Ривас, Анхель; Ф. Уэльга, Сусана (октябрь 2011 г.). Открытые квантовые системы . Берлин Гейдельберг: Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-23354-8.