النظام المعزول في الديناميكا الحرارية: التعريف والميزات والأمثلة

2024 مؤلف: Henry Conors | [email protected]. آخر تعديل: 2024-02-12 03:34

هناك عدة أنواع من الأنظمة في الديناميكا الحرارية: معزولة وغير معزولة. يُظهر مكان العثور عليها ، عند تطبيقها ، مدى فائدتها وكيفية العناية بها. وإلا إذا تبين أن هذه الأنظمة ضارة بالعمل البشري ، فكيف نتخلص منها.

ما هذا؟

النظام المعزول هو على الإطلاق أي تراكم للذرات والجزيئات (شيء ، كوكب ، جسم بشري) الذي يحتفظ بطاقة كل المادة. مثل هذا النظام معزول تمامًا عن العالم الخارجي ويسمى أيضًا مغلقًا.

جوهر النظام المعزول هو أنه ، بكل رغبته ، لن يشترك في الحرارة ، ولا يبدد الطاقة ، يجب أن تُسحب المادة منه بالقوة. على سبيل المثال ، يمكنك إلقاء نظرة على حوض السمك. تحدث العمليات داخله: تموت الأسماك ، وتتدهور المياه ، وتنهار الأصداف. لكن الحوض لا يتلامس مع البيئة الخارجية.

مثال آخر على النظام المعزول هو الحديد - فهو لن ينفق الطاقة بنفسه ، ولن يشارك في المواد. لوحظ مثل هذه الظاهرة في محركات الدبابات ، النظام الشمسي - في كل شيء لا يشارك الطاقة مع الآخرين.

لأنظمة منعزلة مغلقةلا يمكنك ركوب السيارة - إنها تتحرك بسرعة معينة من تلقاء نفسها! كما أنه لا يشمل أباريق الشاي والنباتات والكائنات الحية - فهم يتشاركون المواد مع العالم الخارجي. تنبعث الكائنات الحية من منتجات التمثيل الغذائي ، والنباتات - الأكسجين ، غلاية - البخار عند الغليان.

حقيقة مثيرة للاهتمام: يسمى النظام المغلق نظامًا يكون فيه مجموع القوى المنتجة والعمل مساويًا للصفر ، ومعزول - حيث تعمل الأجسام ببساطة بشكل منفصل عن الأنظمة الأخرى. في نفس الوقت ، لا يكون النظام المعزول مغلقًا دائمًا ، ولكن النظام المغلق سيكون بالضرورة معزولًا.

الحركة فخ

هناك تحذير واحد: لا يمكنهم التحرك من تلقاء أنفسهم ، ولكن إذا قام شخص ما بنقلهم ، فلن يتم انتهاك القاعدة. لذلك ، إذا أخذت نظامًا منعزلاً ورميته من ارتفاع ، أو أسقطته عن طريق الخطأ ، أو أسقطه من مظلة - لا يهم ، فلن يتوقف عن العزلة. ما لم يتم كسره أثناء مثل هذه الإجراءات بالطبع - نفس زجاجة الماء التي يتم إلقاؤها من ارتفاع ستطلق كل المياه - مشاركة المادة مع الأنظمة الأخرى - مما يعني أن النظام لن يكون مغلقًا بعد الآن.

هذا الوصف يناسب مسدسًا ورصاصة - لا يعمل بدون إصبع على الزناد ، والجسم الثقيل والأرض - لا يحدث شيء إذا لم تدفع الجسم إلى الأرض.

يجب أيضًا مراعاة الحرارة

النظام المعزول في الديناميكا الحرارية هو جسم كبير لا يشترك أبدًا في أي شيء على الإطلاق: الطاقة والمادة والحرارة لا تتجاوز حدود النظام. مثال على ذلك الترمس. تحافظ على درجة الشاي المصبوبة فيه ، مشروبًا دون تدخل بشري بالقوة (افتح وصبنفسه) لا يشارك ولا ينفق الطاقة في أي مكان.

علاوة على ذلك ، يسعى النظام المعزول دائمًا للوصول إلى التوازن الديناميكي الحراري ، وهناك حاجة إلى شخص آخر لإخراجها من هذه الحالة. أي ، إذا قدمنا مثالًا على نفس الترمس ، فمع الإقامة الطويلة في البيئة ، سيظل الشاي يبرد. لذلك ، هناك حاجة إلى شخص يملأها مرة أخرى بالشاي الساخن ، وسيتم عزل النظام مرة أخرى بالديناميكا الحرارية.

لماذا هو مطلوب؟

يغطي مفهوم النظام المعزول العديد من الآليات والأنظمة والنظم البيئية. يحتاج الشخص إلى فهم كيفية ترتيبها من أجل العناية بها بشكل صحيح. إذا كان هذا حوضًا مائيًا ، فقبل الصعود إليه بذراعين وساقين ، ومحاولة تنظيفه ، يجب أن ترى أولاً كيفية القيام بكل شيء حتى لا تزعجه. إذا كانت هذه آليات أو معدات - كيفية استخدامها ، حتى لا يكون إصلاحها لاحقًا مؤلمًا بشكل مؤلم.

في نفس الوقت ، إذا أخذناها على نطاق عالمي ، فإن الصحراء هي أيضًا نظام منعزل: توجد آليات معينة للنشاط الحيوي داخلها ، والتي لا تتجاوزها. تعمل الغابات والسهوب والبراكين والجو كنظم بيئية منعزلة نسبيًا. الناس ، لا يفهمون طريقة عملهم ، أحيانًا لا يدركون لأنفسهم حجم المشاكل التي يخلقونها.

هناك واحد آخر "لكن". لن يوجد نظام معزول تمامًا منفصلاً عن الأنظمة الأخرى. لكن هذا المفهوم موجود. إنه ملائم لإجراء الحسابات في الرياضيات والديناميكا الحرارية والكيمياء والفيزياء. الجميعالطاقة والمادة التي يصدرها نظام معزول تؤخذ على أنها صفر وتعمل بالأرقام المطلوبة في الوقت الحالي.

عزل غير المعزول

حتى النظام المفتوح يمكن أن يصبح معزولًا إذا كان هناك شيء يفصله عن البيئة. يعمل النظام الثابت كقسم يعمل كغطاء لنظام مفتوح ، مما يجعله مغلقًا. يمكن مقارنته بورق ملفوف حول شيء ما ، في محاولة لحمايته من أشعة الشمس.

إذا نظرت إليها بمعنى أوسع ، فإن الغلاف الجوي للأرض يمكن أن يكون بمثابة مثال - فهو يحمي الكوكب من التأثير الكوني ويعمل كصدفة تمنحنا الحياة.

هناك قانون للحفاظ على الزخم لنظام مغلق معزول: يظل مجموع النبضات في نظام مغلق ثابتًا ، بغض النظر عن كيفية تفاعل الأجسام مع بعضها البعض داخل النظام. وهو محق في ذلك: على الرغم من أن قوة النبضات يمكن أن تتغير مع الوقت والظروف والفرص ، فإن مجموعها سيظل ثابتًا.

نقطة سميكة في النهاية …

وهكذا فإن الاستنتاج يقترح نفسه كالتالي:

• النظام المعزول مستقل عن بيئته قدر الإمكان ، ينتج الطاقة والعمل والمادة داخل نفسه. سيبقى ثابتاً مع السعي لتحقيق التوازن
• لن يعتمد النظام المعزول المغلق أيضًا على الظروف البيئية ، ولن يميز أي شيء عن نفسه ، لكن العمل فيه سيكون صفرًا في المجموع. وهذا يعني أن قانون الحفاظ على الزخم سيكونتمتد إلى مثل هذا النظام وليس إلى نظام مفتوح.
• لن يعتمد النظام المعزول في الديناميكا الحرارية على حرارة البيئة. يحاول البناة تحقيق هذه الحالة عندما يقومون بعزل المنازل. بالمناسبة ، يمكن أن تعمل الرغوة بسهولة كغلاف ثابت للحرارة للمنزل ، مما يجعله نظامًا معزولًا.
• لا يوجد نظام منعزل من حيث المبدأ: كل شيء يتفاعل مع شيء ما. إذا أغلقت الحوض ، سيكون الماء فقيرًا بالأكسجين وستموت الأسماك. بقوا في اللون الأحمر على أي حال.

يحتاج العلم إلى أنظمة معزولة من أجل الحصول على نقاء التجربة - يمكن إهمال بعض الكميات. لكن في الحياة - يحتاجون إلى الرعاية والاستخدام المناسبين