Differenza tra sistema aperto e chiuso

Differenza principale - Sistema aperto o chiuso

La termodinamica è una branca della fisica che spiega il trasferimento di energia tra oggetti e dintorni. I termini in termodinamica possono anche essere usati per comprendere il comportamento chimico delle specie chimiche. Sistema e dintorni sono due termini di base utilizzati in termodinamica. Un sistema è una parte dell'universo che viene studiato e che circonda il resto dell'universo oltre a quel particolare sistema. Il margine del sistema che lo separa dall'ambiente circostante è chiamato confine. I sistemi possono esistere in tre modi: sistemi aperti, sistemi chiusi e sistemi isolati. La principale differenza tra sistema aperto e chiuso è quella in un sistema aperto, la materia può essere scambiata con l'ambiente circostante mentre, in un sistema chiuso, la materia non può essere scambiata con l'ambiente circostante.

Aree chiave coperte

1. Cos'è un sistema aperto
      - Definizione, caratteristiche
2. Cos'è un sistema chiuso
      - Definizione, caratteristiche
3. Qual è la differenza tra sistemi aperti e chiusi
      - Confronto tra le principali differenze

Termini chiave: Energia, Sistema cinetico di energia, Materia, Energia potenziale, Ambiente, Termodinamica

Cos'è un sistema aperto

Un sistema aperto può essere definito come un sistema in grado di scambiare sia materia che energia con l'ambiente circostante. Ad esempio, la terra può essere riconosciuta come un sistema aperto. In questo caso, la terra è il sistema e lo spazio è l'ambiente circostante. La luce solare può raggiungere la superficie terrestre e possiamo inviare razzi nello spazio. La luce solare e il razzo possono essere spiegati rispettivamente come energia e materia.

Lo scambio di materia tra il sistema aperto e l'ambiente circostante avviene facilmente. Questo può anche essere facilmente spiegato aggiungendo materia o rimuovendo la materia. Ma lo scambio di energia è un po 'più complicato perché l'energia può essere scambiata in forme diverse e possono verificarsi diverse conversioni durante questo scambio. L'energia viene scambiata sotto forma di calore o qualsiasi altra forma.

In termini termodinamici, lo scambio di energia è caratterizzato da energia potenziale, energia cinetica e energia termica. L'energia potenziale è l'energia immagazzinata. L'energia cinetica è l'energia trasportata da un oggetto mentre si muove. Tuttavia, l'energia di un sistema esiste sempre in uno di questi tre stati o in due stati contemporaneamente. Ad esempio, un oggetto stazionario può scambiare calore con l'ambiente circostante. Quindi ha sia energia potenziale che energia termica. L'energia può essere scambiata o trasferita come energia potenziale o energia cinetica. Ma a volte, l'energia potenziale può essere convertita in energia cinetica o può accadere il contrario. L'energia termica o il calore vengono scambiati anche tra i sistemi aperti e i loro dintorni.

A causa della capacità di scambiare materia tra sistema aperto e circostante, la massa interna di un sistema aperto varia nel tempo. Se la materia viene aggiunta, la massa aumenterà e se la materia viene rimossa, la massa diminuirà.  

Figura 1: Poiché la tazza non è coperta, sia l'energia che la materia possono essere scambiate con l'ambiente circostante. Quindi, questo è un sistema aperto.

Cos'è un sistema chiuso

Un sistema chiuso è un sistema in cui solo l'energia può essere scambiata ma non importa. La materia non può essere scambiata in un sistema chiuso perché la materia contiene particelle che non possono attraversare il confine del sistema. Ma l'energia è passata attraverso questo confine come fotoni perché l'energia non è particolata. Pertanto, in un sistema chiuso, la massa rimane costante perché la materia non può essere rimossa o aggiunta. Ma l'energia può essere trasferita principalmente come energia termica o termica.

Ad esempio, se una tazza di acqua calda viene coperta posizionando un coperchio sulla parte superiore della tazza, il vapore non può fuoriuscire dal sistema a causa del coperchio. Le molecole di gas nell'aria inoltre non possono entrare nella tazza a causa del coperchio. Quindi, non c'è scambio di argomenti. Ma se tocchiamo il coperchio dopo un po 'di tempo, possiamo sentire che è caldo. Anche la tazza si sentirà calda; questo indica che l'energia sta venendo fuori come energia termica. Se questo sistema viene tenuto a temperatura normale per un lungo periodo, si può osservare che la tazza, il coperchio o l'acqua non sono più caldi. Questo perché il sistema ha condiviso energia termica con l'ambiente circostante fino a quando la temperatura del sistema diventa uguale alla temperatura dell'ambiente circostante. Questo è chiamato un equilibrio.

Figura 2: Il vaso coperto è un esempio di un sistema chiuso poiché non può scambiare la materia con l'ambiente circostante a causa del coperchio.

Differenza tra sistemi aperti e chiusi

Definizione

Sistema aperto: Un sistema aperto è un sistema termodinamico in cui energia e materia possono essere scambiate con l'ambiente circostante.

Sistema chiuso: Un sistema chiuso è un sistema termodinamico in cui l'energia può essere scambiata con l'ambiente circostante, ma non importa.

Scambio di Materia

Sistema aperto: I sistemi aperti possono scambiare la materia con l'ambiente circostante.

Sistema chiuso: I sistemi chiusi non possono scambiare la materia con l'ambiente circostante.

Massa interna

Sistema aperto: La massa del sistema varierà con il tempo nei sistemi aperti.

Sistema chiuso: Nei sistemi chiusi, la massa del sistema è costante.

Limite del sistema

Sistema aperto: I sistemi aperti hanno confini che non sono chiusi.

Sistema chiuso: Il limite di un sistema chiuso è completamente chiuso.

Conclusione

Ovunque nell'ambiente, ci sono interazioni tra i sistemi e i loro dintorni. I sistemi possono essere aperti, chiusi o isolati. La differenza principale tra sistema aperto e sistema chiuso è che, nel sistema aperto, la materia può essere scambiata con l'ambiente circostante mentre, in un sistema chiuso, la materia non può essere scambiata con l'ambiente circostante.

Riferimenti:

1. "Un sistema e il suo ambiente." LibreTexts di chimica. Libretexts, 21 luglio 2016. Web. Disponibile qui. 16 giugno 2017.
2. "Sistemi aperti, chiusi e isolati in chimica fisica". Fondamenti di scienze fisiche. N., n. Web. Disponibile qui. 16 giugno 2017. 

Cortesia dell'immagine:

1. "345707" (dominio pubblico) tramite Pixabay
2. "coffee steam 2" di waferboard (CC BY 2.0) via Flickr