Avainero eristetyn järjestelmän ja suljetun järjestelmän välillä on se, että eristetyt järjestelmät eivät voi vaihtaa sekä ainetta että energiaa ympäröivän kanssa, mutta vaikka suljetut järjestelmät eivät myöskään voi vaihtaa ainetta ympäröivän kanssa, ne voivat vaihtaa energiaa.
Kemian opiskelun helpottamiseksi jaamme maailmankaikkeuden kahteen osaan. Se osa, jota aiomme tutkia, on "järjestelmä", ja loput on "ympäröivä". Esimerkiksi järjestelmä voi olla organismi, reaktioastia tai jopa yksittäinen solu. Järjestelmän ja ympäristön välillä on raja. Raja määrittelee järjestelmän laajuuden. Joskus aine ja energia vaihtuvat näiden rajojen kautta. Lisäksi voimme luokitella järjestelmän kahteen luokkaan; ne ovat avoin järjestelmä ja suljettu järjestelmä. Eristetty järjestelmä on eräänlainen suljetun järjestelmän muoto.
Mikä on eristetty järjestelmä?
Eristetty järjestelmä on eräänlainen suljetun järjestelmän muoto. Mutta se eroaa suljetusta järjestelmästä, koska sillä ei ole mekaanista tai lämpökontaktia ympäristöönsä. Se tarkoittaa; eristetyt järjestelmät eivät voi vaihtaa sekä ainetta että energiaa ympäröivän kanssa. Lisäksi nämä järjestelmät saavuttavat termodynaamisen tasapainon ajan myötä tasapainottamalla painetta, lämpötilaa tai muita parametreja.
Käytännössä eristettyä järjestelmää ei ole olemassa, koska kaikki asiat ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa tietyllä tavalla. Voimme kuitenkin pitää koko maailmankaikkeutta eristettynä järjestelmänä, kun otetaan huomioon, että ainetta ja energiaa ei siirretä universumin ulkopuolelle. Teoriassa tästä on hyötyä mallien rakentamisessa. Esimerkiksi ensimmäinen ja toinen termodynaaminen laki kuvaavat eristettyä järjestelmää.
Kuva 01: Eristetyn järjestelmän vertailu avoimiin ja suljettuihin järjestelmiin
Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö sanoo, että "eristetyn järjestelmän sisäenergia on vakio". Termodynamiikan toinen pääsääntö sanoo, että "eristetyn järjestelmän entropia kasvaa spontaanin prosessin aikana". Tämä laki pätee kuitenkin vain yksittäisiin järjestelmiin. Entropia kasvaa ajan myötä eristetyssä järjestelmässä ja saavuttaa maksimiarvon tasapainotilassa. Lyhyesti sanottuna näiden järjestelmien kokonaisenergia ei voi koskaan kasvaa. Siten entropia ei voi koskaan pienentyä.
Mikä on suljettu järjestelmä?
Suljetussa järjestelmässä aine ei voi kulkea rajan läpi. Siksi asia suljetun järjestelmän sisällä on aina sama. Kuitenkin tämän tyyppisessä järjestelmässä energia vaihtuu ympäristön kanssa. Esimerkiksi kun reaktio tapahtuu, järjestelmä voi laajentua, tai se voi siirtää energiaa ympäristöön, jos se on alhaisemmassa lämpötilassa.
Kuva 02: Järjestelmä ja sen ympäristö erotettuna rajalla
Esimerkiksi: Jos peitämme lämpimän teekupin yläosan kannella, siitä tulee suljettu järjestelmä. Siellä höyry ei pääse poistumaan järjestelmästä. Myös ympäristössä olevat kaasumolekyylit eivät pääse järjestelmään. Aineiden vaihtoa ei siis ole. Teen lämpö kuitenkin vaihtuu ympäristön kanssa. Voimme tuntea lämmön, jos kosketamme kupin kantta. Siksi energia tulee ulos lämpöenergiana. Siellä järjestelmä saavuttaa tasapainon ympäristön kanssa, kun lämpötila järjestelmän sisällä ja ulkopuolella tasaantuu.
Mitä eroa on eristetyllä ja suljetulla järjestelmällä?
Raja erottaa järjestelmän ja sen ympäristön. Voimme nimetä järjestelmän joko avoimeksi tai suljetuksi järjestelmäksi riippuen aineen ja energian vaihdosta tämän rajan läpi. Eristetty järjestelmä on myös eräänlainen suljetun järjestelmän muoto. Keskeinen ero eristetyn järjestelmän ja suljetun järjestelmän välillä on se, että eristetyt järjestelmät eivät voi vaihtaa sekä ainetta että energiaa ympäröivän kanssa, mutta vaikka suljetut järjestelmät eivät voi vaihtaa ainetta ympäröivän kanssa, ne voivat vaihtaa energiaa.
Toisena tärkeänä erona eristetyn järjestelmän ja suljetun järjestelmän välillä voimme sanoa, että eristetyn järjestelmän entropia ei voi koskaan pienentyä, kun taas suljetun järjestelmän entropia voi pienentyä. Lisäksi eristetyt järjestelmät ovat teoreettisia; Tämä tarkoittaa, että näitä järjestelmiä ei ole olemassa todellisuudessa. Suljettuja järjestelmiä on kuitenkin olemassa todellisuudessa.
Yhteenveto – eristetty järjestelmä vs. suljettu järjestelmä
Järjestelmiä on kahdenlaisia; ne ovat avoin järjestelmä ja suljettu järjestelmä. Eristetyt järjestelmät ovat myös eräänlainen suljettu järjestelmä. Niiden välillä on kuitenkin vähän eroja. Keskeinen ero eristetyn järjestelmän ja suljetun järjestelmän välillä on se, että eristetyt järjestelmät eivät voi vaihtaa sekä ainetta että energiaa ympäröivän kanssa, mutta vaikka suljetut järjestelmät eivät myöskään voi vaihtaa ainetta ympäröivän kanssa, ne voivat vaihtaa energiaa.
