Yalıtılmış sistem - Isolated system

Ayrıca bakınız: Termodinamik sistem
İzole, kapalı ve açık sistemlerin enerji ve madde değişimindeki özellikleri.

İçinde fizik, bir yalıtılmış sistem aşağıdakilerden biri:

  1. a fiziksel sistem diğer sistemlerden o kadar uzak ki onlarla etkileşime girmiyor.
  2. a termodinamik sistem katı taşınmaz ile çevrili duvarlar ne aracılığıyla kitle ne de enerji geçebilir.

Dahili olarak kendi yerçekimine maruz kalsa da, izole bir sistem genellikle dış yerçekimi ve diğer uzun menzilli kuvvetlerin erişiminin dışında kabul edilir.

Bu, (termodinamikte kullanılan daha yaygın terminolojide) a olarak adlandırılan şeyle karşılaştırılabilir. kapalı sistem, enerjinin ısı veya iş olarak geçebileceği, ancak madde olarak geçebileceği seçici duvarlarla çevrelenmiş; ve bir sistemi aç Hem madde hem de enerjinin girip çıkabileceği, ancak sınırlarının bazı kısımlarında çeşitli geçirimsiz duvarlara sahip olabilir.

İzole edilmiş bir sistem, koruma kanunu toplam enerji-kütlesinin sabit kaldığı. Çoğu zaman, termodinamikte, kütle ve enerji ayrı ayrı korunmuş olarak ele alınır.

Muhafaza gerekliliği ve yerçekiminin neredeyse her yerde bulunmasından dolayı, kesinlikle ve ideal olarak izole edilmiş sistemler deneylerde veya doğada fiilen meydana gelmez. Çok faydalı olsalar da, kesinlikle varsayımsaldırlar.[1][2][3]

Klasik termodinamik genellikle izole edilmiş sistemlerin varlığını varsaymak olarak sunulur. Ayrıca genellikle deneyimin meyvesi olarak sunulur. Açıktır ki, ideal olarak izole edilmiş bir sisteme ilişkin herhangi bir deneyim bildirilmemiştir.

Bununla birlikte, izole edilmiş olanlar da dahil olmak üzere bazı fiziksel sistemlerin kendi iç termodinamik denge durumlarına ulaşıyor gibi görünmesi deneyimin meyvesidir. Klasik termodinamik, sistemlerin kendi iç termodinamik denge durumlarında olduğunu varsayar. Bu varsayım, çok faydalı bir idealleştirmedir.

Daha sonra termodinamik dengeye kademeli bir yaklaşım fikrini açıklama girişiminde termodinamik işlem, ile entropi göre artan termodinamiğin ikinci yasası, Boltzmann’ın H teoremi Kullanılmış denklemler, bir sistemi varsayan (örneğin, bir gaz ) izole edildi. Yani tüm mekanik özgürlük derecesi çevreleyen duvarlara basitçe ayna sınır şartları. Yol açtı Loschmidt paradoksu. Ancak, stokastik davranışı moleküller ve termal radyasyon gerçek kapalı duvarlarda, sistem bir ısı banyosunda etkindir. Sonra Boltzmann’ın varsayımı moleküler kaos haklı gösterilebilir.

İzole edilmiş bir sistem kavramı faydalı olabilir model birçok gerçek dünya durumuna yaklaşıyor. Kabul edilebilir idealleştirme yapımında kullanılır Matematiksel modeller kesinlikle doğal fenomen; ör. gezegenler içinde Güneş Sistemi, ve proton ve elektron içinde hidrojen atomu genellikle izole sistemler olarak ele alınır. Ancak zaman zaman bir hidrojen atomu etkileşim ile Elektromanyetik radyasyon ve bir heyecanlı durum.

Bazen insanlar bir bütün olarak evren için "izolasyon" hakkında spekülasyon yaparlar, ancak bu tür spekülasyonların anlamı şüphelidir.[kaynak belirtilmeli ].

Radyatif izolasyon

Işınımsal izolasyon için, duvarlar, örneğin tarafından hayal edildiği gibi, boşluk içindeki radyasyonu mükemmel şekilde yansıtacak şekilde mükemmel iletken olmalıdır. Planck.

Başlangıçta maddeden yoksun bir boşluktaki termodinamik sistemin iç termal ışınım dengesini düşünüyordu. Mükemmel şekilde yansıtıcı ve dolayısıyla mükemmel iletken duvarlarını çevrelemek için hayal ettiğinden bahsetmedi. Muhtemelen, mükemmel yansıtıcı olduklarından, boşluğu herhangi bir dış elektromanyetik etkiden izole ederler. Planck, izole edilmiş boşlukta ışınımsal denge için, iç kısmına bir parça karbon eklenmesi gerektiğini savundu.[4][5][6]

Kusursuz yansıtıcı duvarlara sahip boşluk, kozmolojik büyüklükteki bir sıcaklığı sürdürmek için yeterli ışınım enerjisi içeriyorsa, karbon zerresine gerek kalmaz çünkü radyasyon, örneğin elektron-pozitron çiftleri gibi madde parçacıkları oluşturur ve böylece termodinamik dengeye ulaşır.

Tarafından farklı bir yaklaşım benimsenir Balian. Boşluktaki radyasyonu ölçmek için, ışınsal olarak izole eden duvarlarının mükemmel iletken olduğunu hayal ediyor. Dışarıdaki kütleden bahsetmese de ve bağlamından okuyucunun boşluğun iç kısmının kütleden yoksun olduğunu düşünmesini istediği anlaşılıyor, bazı faktörlerin duvarlarda akımlara neden olduğunu hayal ediyor. Bu faktör boşluğun içindeyse, yalnızca radyasyon olabilir ve bu nedenle mükemmel bir şekilde yansıtılır. Bununla birlikte, termal denge problemi için, boşluk içindeki radyasyonla etkileşime giren yüklü parçacıklar içeren duvarları dikkate alır; bu tür boşluklar elbette izole edilmez, ancak bir ısı banyosunda olduğu kabul edilebilir.[7]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Kendiliğinden ve Kendiliğinden Olmayan Süreçlerin Termodinamiği; I.M. Kolesnikov ve diğerleri, s. 136 - at https://books.google.com/books?id=2RzE2pCfijYC&pg=PA3
  2. ^ Bir Sistem ve Çevresi; UC Davis ChemWiki, California Üniversitesi - Davis, http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Thermodynamics/A_System_And_Its_Surroundings#Isolated_System
  3. ^ Georgia Eyalet Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü tarafından Hiperfizik; -de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/conser.html#isosys
  4. ^ Planck, M. (1914). Isı Radyasyonu Teorisi, Masius tarafından çevrilmiş ikinci baskı, P. Blakiston's Son & Co., Philadelphia, s. 43.
  5. ^ Fowler, R.H. (1929). İstatistiksel Mekanik: Maddenin Dengedeki Özellikleri Teorisi, Cambridge University Press, Londra, s. 74.
  6. ^ Landsberg, P.T. (1978). Termodinamik ve İstatistiksel Mekanik, Oxford University Press, Oxford UK, ISBN  0-19-851142-6, s. 208–209.
  7. ^ Balian, R., (1982). Mikrofizikten Makrofiziğe: İstatistiksel Fizik Yöntemleri ve Uygulamaları, D. ter Haar, cilt 2, Springer tarafından çevrildi. ISBN  978-3-540-45478-6, s. 203, 215.