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Thermodynamik.
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Thermodynamisches System, Systemtypen und Definition

Thermodynamisches System, Systemtypen und Definition

Ein thermodynamisches System ist ein Teil des physikalischen Universums mit einer bestimmten Beobachtungsgrenze. Diese Grenze kann durch reale oder imaginäre Wände definiert werden.

Ein System enthält ein sogenanntes Studienobjekt. Ein Untersuchungsobjekt ist eine Substanz mit einer großen Anzahl von Molekülen oder Atomen. Dieses Objekt besteht aus einem geometrischen Volumen makroskopischer Dimensionen, das kontrollierten experimentellen Bedingungen ausgesetzt ist.

Ein thermodynamisches System kann interne Transformationen durchlaufen und Energie und / oder Materie mit der externen Umgebung austauschen.

Definition des thermodynamischen Systems

Ein thermodynamisches System ist definiert als eine Menge Materie oder eine Region im Raum, auf die sich die Analyse eines Problems konzentriert.

Alles, was Teil des Äußeren des Systems ist, wird als Umgebung oder Umgebung bezeichnet. Das System ist durch die Systemgrenze von der Umgebung getrennt.

Das Limit kann fest oder mobil sein. Ein System und seine Umgebung zusammen.

Arten von thermodynamischen Systemen

Innerhalb der Thermodynamik gibt es folgende Arten von Systemen:

Offenes System

Ein System ist offen, wenn es einen Fluss mit der externen Umgebung durch seine Grenze zulässt. Der Austausch kann Energie (Wärme, Arbeit usw.) oder Materie sein.

Ein Beispiel für ein offenes System ist ein mit Wasser gefüllter Pool. Im Pool kann das Wasser in den Pool eintreten oder diesen verlassen und durch ein Windheiz- und -kühlsystem erwärmt werden.

System geschlossen

In der Thermodynamik ist ein System geschlossen, wenn es einen Energiefluss mit der Außenumgebung durch seine Grenze (durch Wärme und / oder Arbeit und / oder eine andere Energieform) zulässt, jedoch nicht durch Masse. 

Ein Beispiel ist ein Zylinder, der durch ein Ventil geschlossen bleibt, das heizen oder kühlen kann, aber keine Masse verliert (während sich der Zylinder selbst wie ein offenes System verhält, wenn wir das Ventil öffnen).

Isoliertes System

Ein System soll isoliert sein, wenn

  1. Es erlaubt keinen Austausch von Materie mit der äußeren Umgebung.

  2. Es erlaubt keine Energieübertragung mit der äußeren Umgebung.

Ein Beispiel ist das Universum. Die meisten Astronomen betrachten das Universum auch als isoliertes System. Es erlaubt nicht den Eintritt oder Austritt von Materie oder Energie.

Andere Unterteilungen

Jedes dieser Systeme kann aufgrund seiner internen Komplexität weiterhin schematisiert werden. Es besteht die Möglichkeit, sie in kleinere Subsysteme zu unterteilen. Auf diese Weise erhalten wir, dass ein offenes, adiabatisches offenes, geschlossenes, adiabatisches und isoliertes System sein kann:

  • Einfaches thermodynamisches System. Ein System ist einfach, wenn es durch eine Grenze begrenzt ist, innerhalb derer es keine anderen Wände gibt.

  • Thermodynamisches Verbundsystem. Ein System ist zusammengesetzt, wenn es durch eine Grenze begrenzt ist, innerhalb derer andere Wände existieren.

Systeme können auch nach ihrer Homogenität klassifiziert werden. Auf diese Weise sprechen wir von Systemen:

  • Homogene Systeme, in diesen Systemen sind die makroskopischen Eigenschaften überall gleich.

  • Heterogene Systeme, wenn dies nicht der Fall ist. Zum Beispiel eine Flüssigkeit in Gegenwart ihres Dampfes.

Was bedeutet es, dass sich ein System im thermodynamischen Gleichgewicht befindet?

Ein thermodynamisches Gleichgewicht ist ein Zustand, in dem ein thermodynamisches System ein thermisches und mechanisches Gleichgewicht und eine Gleichgewichtsreaktion aufweist.

Der Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts wird durch intensive Variablen bestimmt. Die intensiven Parameter sind thermodynamische Variablen, die nicht von der Größe des Systems abhängen. Zum Beispiel Druck und Temperatur.

Eine umfangreiche Variable ist eine Variable, die von der Größe des Systems abhängt. Zum Beispiel die Lautstärke.

Obwohl der Name "Gleichgewichtszustand" etwas anderes nahelegt, wird dieser Zustand nicht in allen isolierten Systemen spontan erreicht. Viele "chemische Systeme" erreichen nicht ihren idealen Gleichgewichtszustand, weil der chemischen Reaktion, die zu diesem Gleichgewicht führen sollte, die notwendige Aktivierungsenergie fehlt.

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Erscheinungsdatum: 19. Dezember 2017
Geändert am: 17. Juni 2020