Differenza tra sistema aperto, sistema chiuso e sistema isolato
I sistemi termodinamici sono classificati come aperti, chiusi o isolati. Il sistema aperto È dove energia e materia possono entrare o uscire dal sistema. Il sistema chiuso È quello dove c'è solo trasferimento di energia. Il sistema isolato non consente né l'ingresso né l'uscita di energia o materia.
In termodinamica, un sistema È la parte o porzione dell'Universo che viene studiata. Il sistema è tipicamente costituito da una quantità specifica di sostanza/e chimica/e o materia entro limiti definiti. Tutto ciò che è al di fuori dei limiti del sistema è classificato come dintorni. Un sistema può essere la Terra o un contenitore d'acqua sul tavolo della cucina.
| Sistema aperto | Sistema chiuso | Sistema isolato | |
|---|---|---|---|
| Definizione | Sistema termodinamico in cui avviene lo scambio di energia e materia con l'ambiente circostante. | Sistema termodinamico in cui avviene lo scambio di energia con l'ambiente circostante. | Sistema termodinamico dove non c'è scambio di energia o materia con l'ambiente circostante. |
| Energia | Entra o esci. | Entra o esci. | Non entra né esce. |
| Importa | C'è uno scambio di materia con l'ambiente circostante. | Non c'è scambio di materia con l'ambiente circostante. | Non c'è scambio di materia con l'ambiente circostante. |
| Esempi | La Terra, una pentola scoperta di acqua bollente, la cellula. | Una bottiglia d'acqua in frigorifero, | Un thermos chiuso. |
Cos'è il sistema aperto?
Un sistema aperto è un sistema termodinamico in cui avviene l'ingresso e l'uscita di materia ed energia da e per i dintorni. Ad esempio, la Terra è un sistema aperto poiché l'energia radiante del Sole e materiali come meteoriti e gas entrano e satelliti artificiali, gas e radiazioni lasciano la Terra.
Scambio energetico in un sistema aperto
Un sistema aperto può scambiare energia con l'ambiente circostante in due modi: lavoro e calore. Il lavoro È dato dal movimento di un oggetto effettuato da una forza. Il caldo È dato dal trasferimento di energia termica.
Esempi di sistemi aperti
La terra
Se la Terra fosse un sistema isolato, la vita non sarebbe possibile, poiché dipende dall'energia del Sole e dalla materia proveniente dallo spazio.
Il corpo umano
Per vivere, l'uomo ha bisogno di ceramica ed energia, che otteniamo dal cibo. Inoltre, rilasciamo anche energia, sotto forma di calore e lavoro, e materia, come rifiuti biologici, sudore e respiro.
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Che cos'è un sistema chiuso?
Un sistema chiuso è un sistema termodinamico in cui si verifica l'ingresso e l'uscita di energia da e per i dintorni. In questo caso la materia o le sostanze contenute nel sistema non variano in quantità.
Un esempio molto semplice è quando mettiamo un coperchio su una pentola mentre la zuppa sta cuocendo. Riscaldando la pentola forniamo energia termica, mentre ciò che è all'interno della pentola non può fuoriuscire e l'acqua si condensa sulle pareti della pentola.
Esempi di sistema chiuso
Un esempio di sistema chiuso è quello dei giardini sigillati in vetro. Possiamo coltivare un mini giardino all'interno di un barattolo sigillato: le piante autotrofiche richiedono solo energia radiante per produrre la fotosintesi. L'aria e l'acqua all'interno del barattolo non entrano né escono.
In effetti, questo tipo di sistema è stato frequentemente utilizzato nei lunghi viaggi attraverso il mondo nell'era della colonizzazione, per trasportare piante.
Che cos'è un sistema isolato?
Un sistema isolato è un sistema termodinamico in cui non c'è entrata e/o uscita di materia ed energia da e per i dintorni. Questa è in realtà una condizione idealizzata, il più vicino che conosciamo a un sistema isolato è un thermos chiuso o una brocca Dewar. Le pareti isolanti del thermos mantengono le sostanze all'interno calde o fredde, quindi non si instaura lo scambio di energia con l'esterno.
Esempio di sistema isolato
Le caraffe Dewar sono fabbricate per mantenere gas o liquidi molto freddi (ad esempio azoto liquido o ghiaccio secco) o molto caldi, per un periodo di tempo più lungo. Sono la cosa più vicina a un sistema isolato in laboratorio. Sono caratterizzati dall'avere una doppia parete sottovuoto, quindi non c'è aria intermedia per consentire il flusso di calore.
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