Proprietà del sistema termodinamico, tipi, esempi

UN Sistema termodinamico o La sostanza del lavoro fa parte dell'universo che è scelto per essere studiato dalla termodinamica. È una definizione molto ampia, perché un sistema termodinamico può essere vasto come galassia o è una piccola quantità di gas contenuta in un cilindro.

Tutto ciò che circonda il sistema termodinamico, compresa la massa e lo spazio, è l'ambiente o l'ambiente dello stesso. Non è il resto dell'universo, ma solo l'ambiente in grado di influire sul sistema.

Schema di un sistema termodinamico

In un sistema termodinamico, lo scambio di massa o energia è possibile tra il sistema e l'ambiente circostante, a seconda della classe di sistema, essendo l'ambiente in cui si trovano gli osservatori che lo studiano.

Nell'analisi di un sistema termodinamico è importante stabilire il frontiere (limiti o pareti), che possono essere fissi o mobili. Una bottiglia di vetro o metallo ha pareti fisse, ma un pistone mobile.

In quanto tale, il bordo può essere una superficie reale o immaginaria, ma idealmente ha uno spessore nullo, una certa rigidità e altre caratteristiche che sono descritte in forma matematica.

I bordi immaginari sono necessari quando si studiano sistemi che a loro volta fanno parte di sistemi molto più grandi, come una stella in una nebulosa.

Gli scambi di calore tra il sistema e il suo ambiente, se presenti, sono gli obiettivi principali della termodinamica. Ecco perché viene dato un nome speciale alle pareti che consentono lo scambio: adiabatico, mentre quelli che non lo consentono e isolano il sistema sono diatermici.

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Tipi di sistemi termodinamici

Nel primo caso è un sistema aperto perché la teiera scambia l'energia rilasciata da incendi e gas sotto forma di gas all'esterno. Nel secondo caso è un sistema chiuso perché scambio solo l'energia rilasciata dall'incendio, ma non dal gas. Il terzo caso è un sistema isolato perché non scambia energia o materia.

Esistono vari tipi di sistemi termodinamici, che sono classificati in base alla loro capacità di scambiare materia ed energia con l'ambiente, in questo modo abbiamo:

Sistemi aperti

È consentito lo scambio di materia e energia con l'esterno, quindi sono anche chiamati Volume di controllo.

Un gran numero di sistemi di ingegneria sono modellati in questo modo, ad esempio i radiatori di scaldabagno fatto in casa e radiatori di auto.

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Sistemi chiusi

Sono anche conosciuti come massa di controllo e sono caratterizzati perché non esiste uno scambio di materia con l'ambiente. Pertanto la sua massa è fissa, tuttavia l'energia può attraversare il suo limite, sia come calore che come lavoro. In questo modo il volume del sistema può variare.

Sistemi isolati

Questi sono sistemi chiusi in cui è prevenuto lo scambio di calore, lavoro o qualsiasi forma di energia con l'ambiente.

Sistemi omogenei e sistemi eterogenei

I sistemi descritti sono stati classificati in base alla loro capacità di scambio con l'ambiente, ma questo non è l'unico criterio. I sistemi termodinamici possono anche essere omogenei ed eterogenei.

Le sostanze pure sono buoni esempi di sistemi omogenei, come il sale da tavola salvato nello shaker di sale. Al contrario, una combinazione di acqua liquida e vapore acqueo è un sistema eterogeneo, poiché questi sono due stati diversi, le cui proprietà differiscono.

Esempi di sistemi termodinamici

Come abbiamo visto, i sistemi termodinamici sono dai più semplici a quelli più complessi. Tuttavia, quando li studia, è conveniente definirli attentamente e provare a trovare tutti i modi per semplificare l'analisi.

Diamo un'occhiata ad alcuni esempi di sistemi reali che ci accompagnano nella vita di tutti i giorni:

Contenitore immerso in acqua

Questo è un sistema termodinamico molto semplice e illustrativo, e anche un buon modo per preparare il cibo. Il contenuto del contenitore, che sia uova, una miscela per un flan o la preparazione che è, è il sistema termodinamico, mentre il bagno d'acqua costituisce l'ambiente, l'ambiente o l'ambiente.

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Quando si riscuote l'acqua, il calore scorre verso il sistema attraverso il bordo del contenitore.

La velocità con cui viene cotto il cibo dipende da diversi fattori, uno di questi è il materiale della padella: se è ceramico o metallo. Sappiamo che il metallo è un buon driver di calore, quindi speriamo che il contenuto si riscalda rapidamente se viene utilizzata una nave in acciaio o alluminio.

Invece di riscaldare il sistema, vuoi. In questo caso il sistema dà calore al bagno d'acqua.

Cuocere in una padella scoperta

Pollo e pane cotto in una padella aperta sono un esempio di sistema termodinamico aperto. Fonte: Pixabay.

La cucina è un posto eccellente per trovare processi termodinamici. Una salsa, un pollo o un altro cibo in umido in una padella aperta, è un esempio di sistema aperto, poiché sono ammessi tutti i tipi di scambio con l'ambiente: aggiungere condimenti, altri ingredienti e modificare il calore aggiunto.

Motore a combustione interna

Nel motore a combustione interna di automobili, motociclette, aeroplani e barche c'è una miscela di gas (aria) e carburante che viene preparato nel carburatore e viene portato sul cilindro, dove per effetto della combustione diventa una miscela di gas più.

Poiché la composizione della miscela varia durante il ciclo di lavoro, è un sistema termodinamico complesso ed eterogeneo.

Caffè o tè in un thermos

La bevanda calda o fredda all'interno di un thermos è un buon esempio di sistema termodinamico chiuso. Fonte: Pixabay.

Caffè o tè rimani caldo per un tempo più lungo in un thermos. È un contenitore dotato di pareti isolanti, proprio per prevenire il nostro sistema - bevanda calda - consegnando il suo calore all'ambiente e si raffredda.

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Un thermos è davvero due contenitori, tra cui è vuoto parziale per evitare la presenza di un mezzo come l'aria, che aiuta a guidare il calore dall'interno al contenitore.

Naturalmente il thermos funziona anche inverso, serve a mantenere le bevande fredde più a lungo.

Uova

Le uova che consumiamo come cibo sono eccellenti esempi di sistemi termodinamici chiusi, ma che consentono lo scambio di energia con l'ambiente. La buccia dell'uovo lascia il calore dei galli empol l'embrione, così come il passaggio dei gas.

Cellule

La cellula è l'unità fondamentale degli esseri viventi ed è un sistema termodinamico meravigliosamente efficiente. Per estensione, qualsiasi essere vivente può anche essere considerato un sistema termodinamico complesso.

La membrana cellulare che copre strutture interne come il nucleo e i mitocondri è il confine tra il sistema e l'ambiente. Ciò consente lo scambio di energia, l'arrivo di nutrienti dall'esterno e la produzione di rifiuti.

In scatola

I pasti in scatola sono esempi tipici di sistemi termodinamici chiusi.

Scaldabagno

L'acqua all'interno del riscaldatore è un sistema termodinamico aperto, poiché è necessario gas.

Riferimenti

1. Borgnakke. 2009. Fondamenti della termodinamica. 7a edizione. Wiley e figli.
2. Cengel, e. 2012. Termodinamica. 7a edizione. McGraw Hill.
3. Energia solare. Sistemi termodinamici. Estratto da: anergia solare.netto.
4. Wikipedia. Sistemi termodinamici. Recuperato da: è.Wikipedia.org.
5. Wikipedia. Sistema mediodinamico. Recuperato da.Wikipedia.org.