Изолированная система термодинамики (другими словами, - замкнутая система) является термодинамической системой, которая не обеспечивает обмен ни энергией, ни веществом в условиях взаимодействия с окружающей средой.
Рисунок 1. Второе начало термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В термодинамике постулатом выступает утверждение о постепенном переходе изолированной системы в положение термодинамического равновесия, выход из которого в самостоятельном формате становится невозможным (речь идет о нулевом начале термодинамики).
Адиабатически изолированная система выступает в качестве термодинамической системы, не производящей обмен энергии в формате теплоты с окружающей средой. Изменения внутренней энергии подобной системы будет в таком случае равнозначно проводимой над ней работе. Всякий, происходящий в рамках адиабатически изолированной системы, процесс будет носить название «адиабатический».
В практическом плане относительная адиабатическая изоляция будет достигаться посредством заключения системы в адиабатическую оболочку (к примеру, сосуд Дьюара). Реальный процесс также может считаться адиабатическим, в случае протекания в достаточно быстром формате (таким образом, что теплообмен с окружающими телами становится пренебрежительно малым за короткий временной промежуток).
Типы термодинамических систем
Рисунок 2. Термодинамическая система. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Термодинамическая система считается в физике объектом исследования в термодинамике. Она выступает в качестве отдельного макроскопического тела (либо группы), которые фактически отделены от окружающей среды посредством границы раздела (оболочки или перегородки).
Такая система будет характеризоваться благодаря макроскопическим параметрами, таким, как объем, давление, температура, и состоять из большого количества микроскопических частиц. Различают такие термодинамические системы:
- изолированная (представляющая систему, не обменивающуюся ни за счет массы, ни энергии, с окружающей средой);
- закрытая является системой (не способной обмениваться с окружающей средой массой, но производящая при этом энергетический обмен);
- открытая производит обмен со средой, которая ее окружает, посредством массы и энергии (речь может идти, например, о живом организме).
В условиях изолированной системы общее изменение энтропии оказывается всегда положительным, иными словами, всегда возрастающей будет общая энтропия изолированной системы. При этом в одной части системы энтропия склонна к уменьшению, например, однако, это обязательно должно компенсироваться за счет увеличения ее в остальных частях системы.
Второе начало термодинамики для изолированных систем
Рисунок 3. Второе начало термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Термодинамическая вероятность представляет количество вариантов размещения молекул и также распределения их скоростей, соответствующее данному состоянию системы.
Исходя из самого смысла этого понятия, любая предоставленная сама себе (то есть изолированная) система будет переходящей из состояния с меньшей вероятностью в состояние с большей. Обратный переход становится в таких условиях принципиально возможным (теоретически), но практически невероятным.
На основании формулы Больцмана, формулируется второе начало термодинамики: все реальные процессы в условиях изолированной системы выполняются в сторону состояний с большей вероятностью, то есть с повышением энтропии. То есть, второе начало будет представлять вероятностный закон.
Флуктуации считаются демонстрационным примером вероятностного характера физических процессов. Так, невозможно с абсолютной уверенностью и точностью предвидеть направление и место изменений плотности, например, в данном объеме газа. Но вполне возможным становится при этом расчет вероятности определенной флуктуации.
Флуктуации присутствуют и в живых организмах. Вследствие флуктуаций молекул мембраны, например, каналы, через которые осуществляется ионный перенос через мембрану, случайным образом могут то закрываться, то открываться, что демонстрируют опыты.
Флуктуации в рецепторных клетках ощутимо воздействуют на восприятие слабых сигналов (света, звука и пр.), которые теряются на фоне так называемого «флуктуационного шума» (хаотичных колебаний на мембране разности потенциалов вследствие флуктуаций).
Изолированная система в окружающем мире
Изолированная система в окружающем мире проявляется следующим образом:
Даже для открытой системы возможна изоляция при условии ее отгораживания от окружающей среды посредством чего-то. Перегородкой выступит в таком случае адиабатическая система, служащая оболочкой для открытой системы и превращающая ее в замкнутую.
Так, она сравнима с фольгой для обматывания предмета в стремлении защитить его от солнечных лучей. В более масштабном смысле примером может быть атмосфера для Земли, выступающая в качестве защиты планеты от космических воздействий на нее и служащая оболочкой, дающей жизнь биологическим организмам.
Для изолированной системы (замкнутого типа) существует закон сохранения импульса: сумма импульсов в такой системе остается постоянной величиной, несмотря на способ взаимодействия тел друг с другом внутри системы.
При этом, такая система также не будет зависимой от условий окружающей среды и выделять из себя что-то, однако работа в ней суммарно будет соответствовать нулевому значению. Закон сохранения импульсов будет распространен, скорее, именно на такую систему, чем на систему незамкнутого типа.
В термодинамике изолированная система не будет зависимой от теплоты окружающей среды. К подобному состоянию стремятся строители в плане утепления домов. Кстати, пенопласт вполне может выступить в качестве адиабатической оболочки для дома, превращая его в изолированную систему.
В природе изолированной системы, в принципе, не существует, поскольку все с чем-то будет взаимодействовать. Изолированные системы нужны в науке в экспериментальных целях.
