Термодинамикада изоляцияланган система: аныктамасы, өзгөчөлүктөрү жана мисалдары

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-02-12 10:17

Термодинамикада системалардын бир нече түрү бар: изоляцияланган жана изоляцияланбаган. Кайдан табылганы, качан колдонулушу алардын канчалык пайдалуу болоорун жана аларга кантип кам көрүү керектигин көрсөтүп турат. Болбосо, мындай системалар адамдын эмгегине зыяндуу болуп чыкса, андан кантип кутулуу керек.

Бул эмне?

Изоляцияланган система – бул бардык материянын энергиясын сактап турган атомдордун жана молекулалардын (бир нерсенин, планетанын, адамдын денесинин) кандайдыр бир жыйындысы. Мындай система тышкы дүйнөдөн толугу менен обочолонгон, ал жабык деп да аталат.

Изоляцияланган системанын маңызы – бардык каалоосу менен ал жылуулукту бөлүшпөйт, энергияны ысырап кылбайт, затты андан күч менен тартып алуу керек болот. Мисалы, сиз аквариумду карасаңыз болот. Анын ичинде процесстер жүрөт: балыктар өлөт, суу начарлайт, кабыктары кулайт. Бирок аквариум тышкы чөйрөгө тийбейт.

Изоляцияланган системанын дагы бир мисалы - темир - ал энергияны өзү коротпойт, заттарды бөлүшпөйт. Мындай көрүнүш танк моторлорунда, күн системасында – энергияны башкалар менен бөлүшпөгөн бардык нерселерде байкалат.

Жабык изоляцияланган системаларгасиз машинаны ала албайсыз - ал өзүнөн өзү белгилүү бир ылдамдыкта кыймылдайт! Ал ошондой эле чайнектерди, өсүмдүктөрдү, тирүү организмдерди камтыбайт - алар тышкы дүйнө менен заттарды бөлүшөт. Тирүү организмдер зат алмашуу продуктуларын, өсүмдүктөр - кычкылтек, чайнек - кайнаганда буу бөлүп чыгарышат.

Кызыктуу факт: жабык система өндүрүлгөн күчтөрдүн жана иштин суммасы нөлгө барабар болгон система деп аталат, ал эми обочолонгон – мында денелер жөн эле башка системалардан өзүнчө аракеттенет. Ошол эле учурда обочолонгон система дайыма жабык болбойт, бирок жабык система сөзсүз түрдө изоляцияланат.

Кыймыл - тузак

Бир эскертүү бар: алар өз алдынча кыймылдай алышпайт, бирок кимдир бирөө аларды жылдырса, анда эреже бузулбайт. Демек, сиз изоляцияланган системаны алып, аны бийиктен ыргытып жиберсеңиз, кокусунан түшүрүп алсаңыз, парашюттан түшүрсөңүз - бул маанилүү эмес, ал обочолонууну токтотпойт. Албетте, мындай иш-аракеттер учурунда сынбаса - бийиктен ыргытылган бөтөлкө суу бүт сууну сыртка чыгарат - затты башка системалар менен бөлүшөт - бул система мындан ары жабылбайт дегенди билдирет.

Бул сүрөттөмө тапанчага жана окко туура келет - триггерде манжасыз иштебейт, оор дене жана Жер - денени жерге түртпөсөңүз эч нерсе болбойт.

Жылуулукту да эске алуу керек

Термодинамикада обочолонгон система – бул эч качан эч нерсени бөлүшпөгөн макротело: энергия, зат жана жылуулук системанын чегинен чыкпайт. Мисал - термос. Ага куюлган чайдын даражасын сактайт, адамдын кийлигишүүсүз суусундук (ачып, куюп)өзү) бөлүшпөйт жана эч жерде энергия коротпойт.

Андан тышкары, изоляцияланган система дайыма термодинамикалык тең салмактуулукка жетүүгө умтулат жана аны бул абалдан чыгаруу үчүн башка бирөө керек. Башкача айтканда, эгерде ошол эле термоско мисал келтирсек, анда чөйрөдө көпкө туруу менен чай дагы эле муздайт. Демек, аны кайрадан ысык чай менен толтурган адам керек жана система кайра термодинамикалык жактан изоляцияланат.

Бул эмне үчүн керек?

Изоляцияланган система түшүнүгү көптөгөн механизмдерди, системаларды жана экосистемаларды камтыйт. Адамга туура кам көрүү үчүн алардын кантип жайгаштырылып жатканын түшүнүү керек. Бул аквариум болсо, анда колу жана буту менен ага чыгуудан мурун, аны тазалоого аракет кылып, адегенде ага тоскоолдук кылбоо үчүн баарын кантип жасоо керектигин көрүшүңүз керек. Эгер булар механизмдер же жабдуулар болсо - аларды кантип колдонуу керек, кийин аларды оңдоо кыйынчылыксыз болбошу үчүн.

Ошол эле учурда дүйнөлүк масштабда ала турган болсок, чөл да обочолонгон система: анын ичинде турмуштук активдүүлүктүн белгилүү механизмдери ишке ашат, алар андан ары чыкпайт. Токойлор, талаалар, вулкандар жана атмосфера салыштырмалуу обочолонгон экосистема катары кызмат кылат. Адамдар, алар кандай иштээрин түшүнбөгөндүктөн, кээде өздөрү жараткан кыйынчылыктардын масштабын түшүнүшпөйт.

Дагы бир "бирок" бар. Ичинен обочолонгон бир система эч качан башка системалардан толугу менен өзүнчө болбойт. Бирок бул түшүнүк бар. Математика, термодинамика, химия жана физика боюнча эсептөөлөрдү жүргүзүүгө ыңгайлуу. Баарыизоляцияланган система чыгарган энергия жана зат нөл катары кабыл алынат жана учурда керектүү сандар менен иштейт.

Изоляцияланбаганды изоляцияла

Ачык система да аны чөйрөдөн бир нерсе ажыратса, обочолонуп калышы мүмкүн. Адиабаттык система бөлүү милдетин аткарат, ал ачык система үчүн кабык катары кызмат кылып, аны жабык кылат. Аны күндүн нурларынан коргоого аракет кылып жаткан нерсенин айланасына оролгон фольгага салыштырууга болот.

Эгер кененирээк мааниде карасаңыз, анда Жер үчүн атмосфера мисал боло алат - ал планетаны космостук таасирден коргойт жана бизге жашоо тартуулаган кабык катары кызмат кылат.

Жабык обочолонгон система үчүн импульстун сакталуу мыйзамы бар: Жабык системадагы импульстардын суммасы системанын ичинде денелер бири-бири менен кандай аракетте болбосун, туруктуу бойдон калат. Бул туура: импульстардын күчү убакыттын өтүшү менен, жагдайлар, мүмкүнчүлүктөр өзгөрүшү мүмкүн болсо да, алардын суммасы мурдагыдай эле туруктуу бойдон кала берет.

Акырында коюу чекит…

Ошентип, тыянак төмөнкүдөй көрүнөт:

• Изоляцияланган система чөйрөсүнөн мүмкүн болушунча көз каранды эмес, өз ичинде энергия, жумуш жана зат өндүрөт. Ал тең салмактуулукка умтулуп, туруктуу бойдон калат.
• Жабык изоляцияланган система экологиялык шарттарга да көз каранды болбойт, өзүнөн эч нерсени айырмалай албайт, бирок андагы иш жалпысынан нөлгө барабар болот. Башкача айтканда, импульстун сакталуу мыйзамы болотачык системага караганда мындай системага жайылтылат.
• Термодинамикада обочолонгон система чөйрөнүн жылуулугуна көз каранды болбойт. Куруучулар үйлөрдү жылуулоодо мындай абалга жетишүүгө аракет кылышат. Айтмакчы, пено оңой эле үйдүн адиабаттык кабыкчасы болуп, аны изоляцияланган системага айландырат.
• Изоляцияланган система негизи жок: баары бир нерсе менен өз ара аракеттенет. Эгерде сиз аквариумду жаап койсоңуз, анда суу кычкылтекке аз болуп, балыктар өлүп калат. Алар баары бир кызыл бойдон калат.

Илим эксперименттин таза болушу үчүн обочолонгон системаларга муктаж - кээ бир өлчөмдөргө көңүл бурбай коюуга болот. Бирок жашоодо аларга туура кам көрүү жана колдонуу керек.