سیستم باز، سیستم بسته و سیستم ایزوله در اینجا بررسی خواهد شد. سیستم های زیادی وجود دارد که برای مطالعه در ترمودینامیک مورد نیاز است. سیستم صرفاً به معنای مجموعه ای از مواد است که نیاز به مطالعه در ترمودینامیک دارد. ممکن است آب داخل لوله یا ظرف باز یا روغن موتور در موتور یا مایع در مبدل حرارتی و غیره باشد.
این به سادگی مجموعه ای از مولکول ها یا اتم ها یا مواد یا ذرات دیگر یا فضا یا منطقه یا کمیت موادی است که در ترمودینامیک مطالعه می کنیم. ما همه اینها را بررسی خواهیم کرد!
سیستم باز، سیستم بسته و سیستم ایزوله
حال برای درک سیستم باز، سیستم بسته و سیستم ایزوله، داشتن دانش اولیه از سیستم ترمودینامیکی ضروری است. از این رو، ما به سرعت با سیستم ترمودینامیکی آشنا خواهیم شد.
مبانی ترمودینامیک
اصطلاحات مرتبطی وجود دارد که باید در ترمودینامیک بدانیم.
- سیستم
- مرز
- اطراف
- کائنات
هر چیزی که خارج از سیستم است، محیط اطراف است و سیستم توسط مرزهای سیستم از اطراف جدا می شود. این مرزها ممکن است متحرک یا ثابت باشند. اصطلاحات کلیدی به شرح زیر است:
جهان مرزی سیستم
سیستم
- فضا یا ناحیه یا جسمی که در آن خواص را اندازه گیری می کنیم
- فضایی که فرآیند ترمودینامیکی در آن اتفاق می افتد.
- فضایی که تحلیل انجام می شود.
B oundary
- هر سیستم با یک سطح واقعی یا خیالی محدود می شود.
- این سطح به عنوان مرز یا مرز سیستم شناخته می شود.
- این سیستم را از محیط اطراف جدا می کند.
- مرز می تواند متحرک یا ثابت باشد.
- شکل و اندازه یک مرز ممکن است بر اساس سیستم تغییر کند.
محیط اطراف
- همه چیز خارج از سیستم احاطه شده است.
- این به سادگی به معنای خارج از سیستم است.
کائنات
- این ترکیبی از سیستم و محیط است.
- می توان آن را به صورت سیستم + اطراف = جهان نوشت.
سیستم ترمودینامیکی
در ترمودینامیک، سیستم آن فضا یا ناحیه یا جسمی است که در آن خواص را اندازه می‌گیریم یا فرآیندهای ترمودینامیک در آنجا اتفاق افتاده است. آن فضا یا ناحیه یا بدن به عنوان یک سیستم شناخته می شود . ما می توانیم سیستم ترمودینامیکی را به عنوان فضا، ناحیه یا کمیت ماده ای که در ترمودینامیک مطالعه می کنیم تعریف کنیم.
- این مقدار قابل اندازه گیری است (به کیلوگرم یا پوند)
- در این سیستم می توان خواص پارامترهای ترمودینامیکی را اندازه گیری کرد.
- در این سیستم این فرآیند به عنوان فرآیند ترمودینامیکی شناخته می شود
درک با نمودار
یک نمودار ساده برای درک سیستم ترمودینامیکی نشان داده شده است. اجازه دهید یک بالون گاز را در نظر بگیریم. به نظر شما چه چیزی درون بادکنک گازی تشکیل شده است؟
یک سیستم باید همیشه حاوی یک ماده باشد.
نمونه های دیگر
- یک پیستون بین ورودی و اگزوز.
- چای در فنجان
- آب در دیگ بخار
- قهوه در قمقمه و غیره
ویژگی های سیستم ترمودینامیکی
سیستم ترمودینامیکی دارای ویژگی های زیر است:
- سیستم ترمودینامیکی باید همیشه حاوی یک ماده باشد.
- سیستم ترمودینامیکی به معنای مجموعه ای از ماده یا ماده یا منطقه در فضا برای مطالعه ترمودینامیک است.
- سیستم ترمودینامیکی به معنای مقدار ماده ثابت با هویت است.
- ترکیب ماده در هر سیستم ممکن است یکسان باشد یا ممکن است در اثر واکنش های مختلف تغییر کند.
- این شامل ماده و دستگاه (ها) روی سطح کنترل است.
- مرزهای آن ممکن است بسته باشد، ممکن است باز باشد، ممکن است متحرک باشد، ممکن است ثابت باشد، ممکن است واقعی یا خیالی نیز باشد.
- ممکن است یک جریان انرژی از نظر انتقال حرارت یا انتقال کار وجود داشته باشد.
انواع سیستم ترمودینامیکی
تبادل بین سیستم ترمودینامیکی و محیط اطراف بر اساس دو چیز است:
- تبادل ماده یا برهمکنش جرم.
- تبادل انرژی یا تعامل انرژی یعنی گرما یا کار
نوع ترمودینامیک
- سیستم باز
- سیستم بسته
- سیستم های ایزوله:
این همه انواع سیستم ترمودینامیکی برای درک
سیستم باز
تعریف سیستم را باز کنید
سیستم باز نوعی سیستم است که در آن انتقال جرم و همچنین انرژی می تواند از مرز آن انجام شود. در یک سیستم باز به این معنی است:
- یک سیستم باز به محیط اطراف خود باز است
- سیستم باز جرم را در سراسر مرز خود انتقال می دهد. جرم می تواند به سیستم منتقل شود یا جرم می تواند از سیستم خارج شود.
- سیستم باز انرژی را در سراسر مرز خود منتقل می کند. انرژی می تواند به سیستم منتقل شود یا انرژی می تواند از سیستم خارج شود.
- تعامل جرم و انرژی هر دو امکان پذیر است.
- سیستم باز به عنوان حجم کنترل نیز نامیده می شود.
نمونه سیستم را باز کنید
آب جوش
توضیحات: مقداری آب را در ظرف درب دار ریخته و بجوشانید. می بینید که آب در حال جوشیدن است و بخار از ظرف خارج می شود و به هوا پراکنده می شود.
آب جوش سیستم باز
توضیح
- مقداری آب در ظرف وجود دارد و در حین گرم شدن یا جوشاندن مشاهده خواهید کرد که بخار آب از ظرف یا سیستم خارج می شود. بنابراین، انتقال جرم به خارج از سیستم. بنابراین، می توان گفت، این نمونه ای از تعامل توده ای است.
- در اینجا، انرژی گرمایی را اضافه می کنیم که آب را به بخار تبدیل می کند. از این رو، افزودن گرما به معنای تعامل انرژی در سیستم است.
- از این رو، انتقال انرژی و جرم بین ظرف و اطراف اتفاق می افتد.
کمپرسور
توضیحات: اجازه دهید یک کمپرسور را در نظر بگیریم. همه ما می دانیم که کمپرسور هوای داخل خود را فشرده می کند و هوای فشرده را تحویل می دهد.
توضیح
- کمپرسور هوای معمولی را با دما و فشار معمولی مکیده و هوای گرم و تحت فشار را تحویل می دهد. در اینجا هوا وارد کمپرسور شده و از کمپرسور خارج می شود. بنابراین، می توان گفت، مقدار معینی از جرم هوا برهم کنش دارد. از این رو، نمونه ای از تعامل توده ای است.
- هنگامی که کمپرسور می چرخد، انرژی تغییر می کند. در اینجا شاهد افزایش فشار و دما هستیم. چطور ممکنه؟ در این حالت چرخش پروانه کمپرسور یعنی انرژی مکانیکی به هوا منتقل می شود و انرژی مکانیکی آن را به انرژی جنبشی و همچنین انرژی فشار تبدیل می کند.
- از این رو، انتقال انرژی و جرم بین سیستم و اطراف اتفاق می افتد.
- بنابراین این کل مفهوم یک سیستم باز است.
موتور
موتورها که روغن و موتور را در آن قرار می دهیم، نیرویی تولید می کنند که به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.
چای
اگر چای را در فنجان بریزیم، مانند یک سیستم باز عمل می کند.
نمونه های دیگر عبارتند از:
- موتورهای احتراق داخلی
- پمپ های آب
- موتور بخار
- کمپرسورهای هوا
- دیگ بخار
- توربین ها
سیستم بسته
سیستم بسته را تعریف کنید
سیستم بسته نوعی سیستم است که با یک مرز فیزیکی از محیط اطراف خود جدا می شود. Close یعنی سیستم از محیط اطرافش بسته است. در این سیستم انرژی می تواند به صورت Work یا Heat در سراسر مرز سیستم منتقل شود اما جریان جرمی در سراسر مرز وجود نخواهد داشت.
- انرژی از طریق مرز سیستم در یک سیستم بسته منتقل می شود.
- یک سیستم بسته جرم را در سراسر مرز خود منتقل نمی کند.
- این یک رویکرد توده کنترل است
- در مورد سیستم بسته، برای جلوگیری از هر نوع انفجار باید یک شیر اطمینان در نظر گرفته شود.
نمونه سیستم بسته
پیستون – سیلندر
توضیحات : آرایش پیستون در سیلندر بدون سوپاپ نمونه ای از سیستم بسته است. مقداری مایع در سیلندر نگه دارید و تمام شیرها را ببندید.
توضیح : در اینجا، اگر تحلیل کنیم، می بینیم،
- جرم سیال ثابت است و نمی تواند از سیستم خارج شود یا جرمی به سیستم اضافه نمی شود، زیرا دریچه ها بسته هستند.
- اما اگر مقداری انرژی به پیستون وارد کنیم شروع به فشرده سازی سیال می کند و در نتیجه دمای سیال به تدریج افزایش می یابد و آن گرما به بیرون ساطع می شود.
- بنابراین، انرژی را به سیستم اضافه کردیم و انرژی نیز منتقل شد. از این رو، انتقال انرژی وجود دارد اگرچه انتقال جرم وجود نداشت.
نمونه های دیگر عبارتند از:
- چیدمان پیستون – سیلندر بدون سوپاپ
- بطری آب مهر و موم شده
- گاز پر شده در ظرف
- زودپز
سیستم منزوی
تعریف سیستم ایزوله
انزوا به معنای جدا شدن کامل از چیزی است. سیستم ایزوله نوعی سیستم است که به طور کامل از محیط اطراف جدا شده است به طوری که هیچ گونه جرم و انرژی بین سیستم و محیط اطراف انتقال نمی یابد.
- یک سیستم ایزوله با محیط تعامل ندارد.
- هر گونه تغییر در شرایط محیطی یا محیط اطراف تأثیری بر رفتار سیستم های ایزوله ندارد.
- هیچ انتقال جرم و انرژی در سراسر مرز آن وجود ندارد.
مثال سیستم ایزوله
فلاسک قمقمه
توضیحات : سیستم ایزوله به این معنی است که هیچ گونه تبادل ماده و انرژی در سراسر مرز آن وجود نخواهد داشت. توضیح دادنش عجیبه
همه ما در خانه خود یک فلاسک داریم. با آن چه کنیم؟ آب داغ یا چای داغ یا شیر داغ را برای مدت طولانی ذخیره می کردیم! چطور ممکنه؟
توضیح
زیرا این فلاسک به خوبی عایق بندی شده است و کمک می کند تا انرژی گرمایی از بین نرود و آب گرم دریافت کنیم. اما آیا مشاهده کرده اید که دمای آب گرم بعد از مدت ها کاهش یافته و بعداً با دمای معمولی برابر می شود؟ چرا؟ زیرا عایق کامل نیست. اگر عایق کامل باشد، به این معنی که اجازه انتقال حرارت در سراسر مرز را نمی دهد، در این صورت هیچ انتقال انرژی وجود نخواهد داشت. از این رو هیچ جرم و همچنین انتقال انرژی وجود نخواهد داشت و این سیستم به عنوان یک سیستم بسته شناخته می شود.
پیستون و سیلندر عایق
مقداری گاز را در یک سیلندر، جایی که پیستون از قبل وجود دارد، بردارید. تمام دریچه ها را ببندید. اگر یک گاز در یک آرایش پیستون و سیلندر عایق فشرده یا منبسط شود، هیچ جرم یا انرژی نمی تواند به محیط اطراف منتقل شود. این یک مثال ساده است.
نمونه های دیگر عبارتند از:
- کیهان ما
- آبگرمکن عایق
تفاوت بین سیستم باز و بسته و سیستم ایزوله
تفاوت اصلی بین سیستم باز، سیستم بسته و سیستم ایزوله به شرح زیر است:
| شماره Sl | شرح | سیستم باز | سیستم بسته | سیستم منزوی |
|---|---|---|---|---|
| 1 | تعریف | این سیستمی است که جرم یا انرژی می تواند به آن منتقل شود. | این سیستمی است که در آن انتقال انرژی اتفاق می افتد اما انتقال جرم انجام نمی شود | این سیستمی است که در آن جرم و انرژی انتقال نمی یابد |
| 2 | انتقال انرژی | آره | آره | خیر |
| 3 | جابجایی عظیم | آره | خیر | خیر |
| 4 | تغییر جرم ممکن است یا خیر | تغییرات | بدون تغییر | بدون تغییر |
| 5 | مرز | باز کن | بسته شد | بسته شد |
| 6 | واقعیت | وجود دارد | وجود دارد | نظری است |
| 7 | مثال ها | درست کردن چای در ظرف باز | نگهداری چای در ظرف دربسته بدون عایق | نگهداری چای در یک فلاسک عایق بندی شده |
نمونه ای از چند سیستم ترمودینامیکی رایج
ما قبلاً سیستم های ترمودینامیکی زیادی می دیدیم که تعداد کمی از آنها ذکر شده است.
- آب در لوله (سیستم باز)
- روغن موتور در موتور (سیستم باز)
- پمپ آب (سیستم باز)
- مایع در مبدل حرارتی (سیستم باز)
- دیگ بخار (سیستم باز)
- توربین (سیستم باز)
- آب یک مخزن تحت فشار بسته است (سیستم بسته)
- پخت و پز در زودپز (سیستم بسته)
- باتری ماشین (سیستم بسته)
- سیلندر پیستونی با تمام سوپاپ ها بسته (سیستم بسته)
- یک قوطی نوشیدنی سرد (سیستم بسته)
- فلاسک قمقمه (سیستم ایزوله)
- کیهان (سیستم ایزوله)
آیا جهان یک سیستم منزوی است؟
ما قبلاً ایده ای از یک سیستم منزوی داشته ایم و از آن می توان گفت:
- انرژی کل جهان ثابت است.
- هیچ تغییر یا انتقال انرژی با اطراف آن وجود ندارد.
- به طور خودکار به این معنی است که هیچ انتقال جرمی نیز انجام نمی شود.
- از این رو، هیچ وسیله انتقال جرم و انرژی، جهان، یک سیستم منزوی است.
زمین یک سیستم بسته است یا نه!
اگر سیستم انرژی زمین را تحلیل کنیم، خواهیم دید،
- انرژی خورشیدی به زمین می آید.
- زمین انرژی را در جو آزاد می کند.
- هیچ جرمی توسط زمین دریافت یا آزاد نمی شود.
- بنابراین، انتقال انرژی بدون انتقال جرم وجود خواهد داشت.
از این رو، همان سیستم بسته است.
نتیجه
بنابراین، جزئیات سیستم باز، سیستم بسته و سیستم ایزوله را همراه با مثال های مختلف آموختیم. شک ما در مورد سیستم ترمودینامیکی کاملاً واضح است. اگر می خواهید ارزش هایی را به مقالات ما اضافه کنید، با ما تماس بگیرید!