אנו מסבירים מה ההבדל בין מערכת פתוחה, סגורה ומבודדת, הקשר של כל אחד עם הסביבה ומאפייניה.
מה ההבדל בין מערכת פתוחה, סגורה ומבודדת?
כדי להבין את ההבדל בין א מערכת פתוחה, א מערכת סגורה וכן א מערכת מבודדת, עלינו להבין תחילה למה אנו מתכוונים ב"מערכת". כפי שהמילון מגדיר זאת, מערכת היא קבוצה של דברים הקשורים זה בזה ומסודרים התורמים לקץ.
כלומר, שמערכת היא שלם מאורגן, מושג המתייחס הן לקבוצות מסוימות של איברי גוף, או לכלל מערכת אקולוגית טבעית, כמו גם לתופעות וטמפרטורות אוויר שונות באטמוספרה. כל קטע של היקום שאנו מחליטים לחקור בעצמו, תוך התעלמות מהשאר ומתמקד ביחסים הפנימיים שלו, הוא מערכת.
מושג זה שימושי ביותר בפיזיקה, שכן במבט חטוף מערכתית אנו יכולים לזהות את התופעות האנרגטיות והחומריות המתרחשות סביבנו.
לפיכך, מקובל לדבר על מערכות פיזיקליות, כמו מערכות תרמודינמית, שבו יש זרימה של חוֹמֶר י אֵנֶרְגִיָה פנימי, שיכול להיות פחות או יותר מקושר לסביבה. כלומר, מערכת יכולה להיות פתוחה יותר או סגורה יותר, תלוי כמה מֵידָע להיכנס ולצאת ממנו. המידע שמסתובב יכול להיות למשל חומר ו/או אנרגיה.
לפיכך, יש לנו שלושה סוגים עיקריים של מערכות פיזיות: פתוחות, סגורות ומבודדות.
- מערכות פתוחות. הם אלה שמחליפים בחופשיות חומר ואנרגיה עם החוץ. למשל, הגוף שלנו עצמו הוא מערכות הנמצאות בחילופין רציף עם הסביבה: חמצן ומזון נכנסים אליהן וחומרי פסולת נפלטים כמו למשל. CO2 או אמוניה בשתן. בנוסף, אנו מאבדים חום ללא הרף כאשר הסביבה קרה יותר, ואנו מאבדים לחות (קיטור מים) בכל נשימה שאנו לוקחים.
- מערכות סגורות. הם אלה שמחליפים בחופשיות אנרגיה (אך לא משנה) עם הסביבה שלהם. אנרגיה זו יכולה להיות בצורה של חוֹם, אוֹר אוֹ עבודה. לדוגמה, נורה היא מערכת סגורה שבה לא נכנס או יוצא חלקיק אחד של חומר, אלא הוא נכנס. חַשְׁמַל וזה נשלף אנרגיית אור בחזרה.
- מערכות מבודדות. הם אלה שאינם מחליפים חומר או אנרגיה עם הסביבה, או בגלל שהם רחוקים מאוד מכל מערכת אחרת או בגלל שיש להם מחסומים שמפחיתים (או, באופן אידיאלי, מונעים) את המעבר בין הפנים לחוץ. לדוגמה, תרמוס למים חמים נועד לעכב ככל האפשר (למנוע את זה לחלוטין בלתי אפשרי) את קירור הנוזלים שבתוכו, ובכך למזער את איבוד החום מהחומר.
עלינו להתעקש שבמובן המחמיר אין מערכת מבודדת לחלוטין ביקום. כל המערכות מחליפות מידע במידה מסוימת עם סביבתן, אם כי במקרים מסוימים בכמויות זניחות או פשוט באופן שניתן להתעלם ממנו לצורך לימוד המערכת עצמה.