אנו מסבירים מהי מערכת מבודדת, מאפייניה ודוגמאות שונות. כמו כן, מהן מערכות פתוחות וסגורות.
מהי מערכת מבודדת?
ב גוּפָנִי תֶרמוֹדִינָמִיקָה, מערכת מבודדת מובנת כאלה מערכות שבה אין חליפין או חוֹמֶר ולא של אֵנֶרְגִיָה עם הסביבה, בשל פעולתם של חסמים מסוג כלשהו המאפשרים שימור משאבי המערכת, תוך מניעת כניסת משאבים מבחוץ.
בכך הם נבדלים ממערכות סגורות, שבאותו תחום של פיזיקה מסוגלות להחליף אנרגיה עם סביבה (אבל לא משנה), ועוד יותר מכך של מערכות פתוחות, שבהן החלפה של שני הדברים מתרחשת באופן חופשי.
לפי תורת המערכות הכללית נוצרה באמצע המאה העשרים, מערכת היא חלק מהיקום, שלצורך מחקר, נחשב לנפרד ומתוחם מסביבתו. פרספקטיבה זו משמשת גם ב מדעי הטבע כמו ב מדעי החברה.
עם זאת, בעיקר בתחום הפיזיקה משתמשים במונח מערכת מבודדת. פעולתו, בתחום זה, נקבעת על פי חוקי השימור, לפיהם גדלים מסוימים נשארים קבועים בתוך מערכת מבודדת, לפחות לזמן מה. זה חל על שניהם מסה, אנרגיה, מטען חשמלי, תנע זוויתי ומומנטום ליניארי.
מאפיינים של מערכת מבודדת
מערכות מבודדות מאופיינות בדברים הבאים:
- יש להם מחסומים מסוג כלשהו, המכונים מבודדים, המגבילים באופן משמעותי ושמצה את החילוף בין הפנים לחוץ.
- כל עוד הם נשארים מבודדים, המשאבים והמאפיינים שלהם נשארים קבועים ויציבים, כלומר בלתי משתנה: שום דבר לא יוצא ושום דבר לא נכנס, או לפחות לא בפרופורציות משמעותיות.
- אין בידוד מוחלט וגם לא מבודדים מושלמים: לכולם יש מרווח כלשהו של אובדן או דליפה, אבל במקרים רבים המרווח הזה הוא בדרך כלל זניח או חסר משמעות במהלך לימוד המערכת.
- במקרים רבים, הבידוד המיוצר במערכת הוא זמני, ובהינתן כמות מספקת של מזג אוויר, מרווח ההפסד או אי הדיוק שלך מודגש.
דוגמאות למערכות מבודדות
דוגמאות אפשריות למערכת מבודדת הן הבאות:
- מיכל תרמי ששומר על טֶמפֶּרָטוּרָה של ה חומרים, כמו קאווה חוף או תרמוס לקפה חם.
- ביגוד חורף המבודד אותנו מאוויר קר ולכן מונע מאיתנו לאבד את חום הגוף בקצב ניכר.
- כבלי ההולכה החשמלית המכוסים בחומר בידוד (גומי או פלסטיק) כדי למזער את אובדן הכוח החשמלי במעבר לבתינו (וגם, שעובר אורח כלשהו מתחשמל).
- מגפי הגומי שאנו משתמשים בהם כדי ללכת בשטח מוצף, או בשלג, שמונעים כניסת מים לרגלינו.
מערכות פתוחות
מערכות פתוחות הן אלו המחליפות בחופשיות מידע, חומר ו/או אנרגיה עם הסביבה, מבלי שיהיו גבולות או חסמים המגבילים באופן משמעותי את המעבר בין הפנים לחוץ. הם, אם כן, מערכות של משאבים אינסופיים אך חיצוניים, הנמצאים בקשר מתמיד עם הסביבה.
מערכות סגורות
מערכות סגורות הן אלו שבהן אין חילופי חומר בין הפנים לחוץ. לכן, יש להם משאבים מוגבלים אך משלהם. עם זאת, הוא עשוי להחליף אנרגיה עם הסביבה או לא. בפועל, מערכות סגורות שכיחות הרבה יותר ממערכות מבודדות.