Przeczytaj
Warto przeczytać
Układ termodynamiczny to makroskopowy układ fizycznymakroskopowy układ fizyczny, podlegający prawom termodynamiki. Wszystkie elementy, które nie wchodzą w skład układu nazywa się jego otoczeniem.
W zależności od sposobu oddziaływania z otoczeniem układy termodynamiczne dzieli się na:
układy otwarteukłady otwarte,
układy zamknięteukłady zamknięte,
układy izolowaneukłady izolowane.
Układ otwarty to taki układ termodynamiczny, w którym może zmieniać się masa substancji oraz może zachodzić wymiana energii z otoczeniem.
Układem otwartymUkładem otwartym jest gwiazda, w której zachodzą ciągłe przemiany materii i energii. Gwiazda emituje, poza swoje wnętrze, zarówno energię jak i materię.
A co z górą lodową (Rys. 1.)? Górę lodową można traktować jako układ termodynamiczny otwartyukład termodynamiczny otwarty, gdyż zmienia się jej masa. Góra lodowa także wymienia energię z otoczeniem. Świadczy o tym obserwowane zjawisko zanikania gór lodowych spowodowane topnieniem i erozją.
W układzie zamkniętym masa substancji jest stała. Układ taki może jednak wymieniać energię z otoczeniem.
Przykładem układu zamkniętegoukładu zamkniętego jest gaz w szczelnie zamkniętym naczyniu. Może to być dmuchana, plastikowa piłka, napełniona powietrzem. Piłka napompowana w temperaturze pokojowej zmniejszy swoją objętość po umieszczeniu jej w chłodnym pomieszczeniu. Masa powietrza wewnątrz piłki nie zmienia się. Obniżenie temperatury otoczenia powoduje przepływ ciepła z układu do otoczenia, wskutek czego maleje temperatura i objętość powietrza wewnątrz piłki. Podobny efekt można zaobserwować podczas lotu samolotem. Fotografie przedstawiają zamknięty w szczelnym opakowaniu batonik, który inaczej wygląda na pokładzie lecącego samolotu (Rys. 2a.) niż na lotnisku (Rys. 2b). Ciśnienie powietrza na pokładzie lecącego samolotu jest niższe niż na lotnisku. Powietrze wewnątrz opakowania, w którym umieszczono batonik, ulega rozprężeniu – rośnie jego objętość. Układ wykonuje pracę.
Układ izolowany to taki układ termodynamiczny, w którym nie ma ani wymiany materii ani energii z otoczeniem. Przykładem układu izolowanegoukładu izolowanego jest szczelnie zamknięty termos z herbatą. Izolacja termiczna uniemożliwia przepływ ciepła między herbatą a otoczeniem, a szczelne zamknięcie zapobiega wymianie materii.
Przykład:
Ciecz w otwartym naczyniu jest układem termodynamicznym otwartymukładem termodynamicznym otwartym, gdyż wskutek parowania następuje ubytek masy cieczy. Ta sama ciecz w zamkniętym naczyniu stanowi układ zamkniętyukład zamknięty – nie zmienia się masa cieczy, ale możliwa jest wymiana energii z otoczeniem poprzez przepływ ciepła i emisję promieniowania. Jeśli to samo zamknięte naczynie z cieczą umieścimy w szczelnej osłonie termicznej, to otrzymamy układ izolowanyukład izolowany.
Słowniczek
(ang.: macroscopic physical system) obiekt wyodrębniony ze świata, będący przedmiotem badań, składający się z bardzo dużej liczby atomów lub cząstek. Na przykład: gaz zamknięty w naczyniu, kawałek metalu, gwiazda.
(ang.: open system) układ, który może wymieniać z otoczeniem materię i energię.
(ang.: closed system) układ, który może wymieniać z otoczeniem energię, ale nie wymienia materii.
(ang.: isolated system) układ, który nie wymienia z otoczeniem materii i energii.