ישנם מספר סוגים של מערכות בתחום התרמודינמיקה: מבודדים ולא מבודדים. היכן שהם נפגשים, כשהם מיושמים, מראה עד כמה הם יכולים להיות שימושיים ואיך לטפל בהם. אחרת, אם מערכות כאלה יתבררו כמזיקות לעבודה אנושית, כיצד להיפטר מהן.
מה זה
מערכת מבודדת היא לחלוטין כל הצטברות של אטומים ומולקולות (דבר, כוכב לכת, גוף אנושי) המאחסנת את האנרגיה של כל החומר בפני עצמה. מערכת כזו מבודדת לחלוטין מהעולם החיצון, היא נקראת גם סגורה.
מהותה של מערכת מבודדת היא שעם כל הרצון שלה היא לא תחלוק חום, היא לא תבזבז אנרגיה, תצטרך להילקח ממנה בכוח. לדוגמה, אתה יכול להסתכל על האקווריום. בתוכה מתרחשים תהליכים: הדגים מתים, המים מתדרדרים, הקליפות נהרסות. אך האקווריום אינו עוסק בסביבה החיצונית.
דוגמא נוספת למערכת מבודדת היא ברזל - היא לא תבלה אנרגיה עצמה, היא לא תשתף חומרים. תופעה זו נצפית במנועי טנק, במערכת השמש - בכל מה שאינו חולק אנרגיה עם אחרים.
לא ניתן לייחס מערכת מבודדת סגורה למכונית - היא נעה במהירות מסוימת עצמה! כמו כן אינם כוללים קומקומים, צמחים, אורגניזמים חיים - הם חולקים חומרים עם העולם שבחוץ. אורגניזמים חיים מפרישים מוצרים מטבוליים, צמחים - חמצן, קומקום - אדים בעת הרתיחה.
עובדה מעניינת: סגור נקרא מערכת כזו שבה סכום הכוחות והעבודה המיוצרים הוא אפס ומבודד - שם הגופים פשוט פועלים בנפרד ממערכות אחרות. יתר על כן, מערכת מבודדת לא תמיד סגורה, אך מערכת סגורה בהכרח תתבודד.
בתנועות - מלכודת
יש אזהרה אחת: הם לא יכולים לנוע בעצמם, אבל אם מישהו מזיז אותם, הכלל לא מופר. לכן, אם אתה לוקח מערכת מבודדת ומפיל אותה מגובה, שחרר אותה בטעות, הפיל אותה מצנח - זה לא משנה, זה לא יפסיק להתבודד. אלא אם כן, כמובן, שתפרקו אותו תחת פעולות כאלה - אותו בקבוק מים שנזרק מגובה ישחרר את כל המים החוצה - שתפו את החומר עם מערכות אחרות - מה שאומר שהמערכת כבר לא תהיה סגורה.
אקדח וכדור מתאימים לתיאור הזה - הוא לא עובד בלי שאצבע על ההדק, גוף כבד וכדור הארץ - שום דבר לא קורה אם לא תדחפו את הגופה לאדמה.
יש לקחת בחשבון גם חום
מערכת מבודדת בתרמודינמיקה היא מקרו שאינו חולק שום דבר כלל: אנרגיה, חומר וחום אינם חורגים מהמערכת. כדוגמא - תרמוס. הוא שומר על דרגת התה שנמזג לתוכו, הוא לא ישתף בכוח את המשקה ללא התערבות אנושית (פתח ושפך אותו בעצמו), והוא לא מוציא אנרגיה בשום מקום.
יתר על כן, מערכת מבודדת תמיד מבקשת להיכנס לשיווי משקל תרמודינמי, ויש צורך במישהו אחר כדי להוציא אותה ממצב זה. כלומר, אם אתה נותן דוגמא לאותה תרמוס, אז עם שהייה ארוכה בסביבה, התה עדיין יתקרר. לפיכך, אנו זקוקים לאדם אשר שוב מציף אותו בתה חם, והמערכת שוב תתבודד תרמודינמית.
מדוע זה נחוץ?
הרעיון של מערכת מבודדת מכסה מנגנונים, מערכות ומערכות אקולוגיות רבות. אדם צריך להבין כיצד הם מסודרים על מנת לטפל בהם כראוי. אם זה אקווריום, אז לפני שאתה נכנס אליו עם הידיים והרגליים, מנסה לנקות אותו, עליך לבדוק תחילה כיצד לעשות הכל כדי לא להפריע לו. אם מדובר במנגנונים או בציוד - כיצד להשתמש בהם כך שלא יהיה כואב עד כאב לתקן אותם.
יחד עם זאת, אם ניקח אותה בקנה מידה עולמי, המדבר הוא גם מערכת מבודדת: מתרחשים בתוכו מנגנונים מסוימים של פעילות חיונית, שאינם חורגים ממנה. יערות, ערבות, הרי געש והאווירה משמשים מערכות אקולוגיות מבודדות יחסית. אנשים שאינם מבינים כיצד הם עובדים, לפעמים הם עצמם לא מבינים באיזה מידה של צרות הם יוצרים.
יש עוד "אבל" אחד. מערכת מבודדת לעולם לא תתקיים נפרדת לחלוטין ממערכות אחרות. אבל מושג זה קיים. זה נוח לבצע חישובים במתמטיקה, תרמודינמיקה, כימיה ופיזיקה. כל האנרגיה והחומר שהמערכת המבודדת פולטת נלקחת לאפס ומופעלת עם המספרים הדרושים כרגע.
אנו מבודדים את הלא מבודד!
אפילו מערכת פתוחה יכולה להתבודד אם היא מגודרת על ידי משהו מהסביבה. המערכת האדיאבטית פועלת כמחיצה, המשמשת מעטפת למערכת פתוחה, מה שהופך אותה לסגורה. ניתן להשוות אותו עם נייר הכסף העוטף חפץ בניסיון להגן עליו מפני אור שמש.
אם אנו מסתכלים במובן רחב יותר, אז האווירה לכדור הארץ יכולה לשמש דוגמא - היא מגנה על הפלנטה מפני השפעה קוסמית ומשמשת כקליפה המעניקה לנו חיים.
יש חוק שימור המומנטום למערכת מבודדת סגורה: סכום הפולסים במערכת סגורה נותר קבוע, כאילו הגופים לא קשורים זה לזה בתוך המערכת. וזה נכון: למרות שכוחם של הדחפים יכול להשתנות עם הזמן, הנסיבות, ההזדמנויות, סכומם עדיין יישאר קבוע.
