In der Thermodynamik ist ein isoliertes System ein thermodynamisches System, das keine Energie oder Materie mit seiner Umgebung austauscht (ganz im Gegensatz zu einem offenen System). Mit anderen Worten, es ist ein vollständig geschlossenes System, das keinerlei Wärme-, Arbeits- oder Stofftransport über seine Grenzen zulässt, obwohl es sich nicht im thermodynamischen Gleichgewicht befindet.
Diese Art von System ist ein idealisiertes Konzept und kann in der Praxis schwer zu finden sein. Es ist jedoch in der Thermodynamik nützlich, da es einem ermöglicht, zu untersuchen, wie sich die Energie eines Systems ändert, ohne die Auswirkungen der Umgebung zu berücksichtigen.
Was ist der Unterschied zwischen einem isolierten System und einem geschlossenen System?
Der Unterschied zwischen diesen beiden Arten von Systemen besteht darin, dass ein geschlossenes System den Austausch von Energie, aber nicht von Materie mit seiner Umgebung zulässt, während ein isoliertes System keinerlei Austausch mit der Umgebung zulässt.
Wozu dient ein isoliertes System?
Isolierte Systeme werden in der Thermodynamik als theoretische Werkzeuge verwendet, um zu untersuchen, wie sich die Energie eines Systems ändert, ohne die Auswirkungen der Umgebung zu berücksichtigen. Dies ist besonders nützlich für die Untersuchung der inneren Energie eines Systems, da es ermöglicht, die Übertragung von Wärme oder Arbeit, die mit der Umgebung auftreten können, zu ignorieren.
Isolierte Systeme werden auch in der Physik und Technik verwendet, um Systeme zu entwerfen und zu bewerten, die eine bestimmte Menge an Energie im Inneren aufrechterhalten müssen, wie z. B. Vakuumkammern, kryogene Systeme, Kernreaktoren und andere.
Darüber hinaus sind isolierte Systeme auch nützlich, um das Verhalten von Energie in verschiedenen natürlichen Prozessen zu verstehen, wie unter anderem die adiabatische Ausdehnung eines Gases, die Abkühlung eines Objekts aufgrund von Strahlung.
Beispiele für isolierte Systeme
Außer dem Universum sind alle isolierten Systeme ideale Systeme. In vielen Anwendungen kann der Austausch von Materie und Energie jedoch als Null angenommen werden, um die Berechnungen zu vereinfachen. Einige Beispiele für isolierte Systeme sind:
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Eine vollständig versiegelte Thermoskanne mit einem heißen Getränk. In diesem Fall ist das System vollständig geschlossen und erlaubt keinen Wärme- oder Stoffaustausch mit der Umgebung.
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Das Universum ist ein Beispiel für ein isoliertes System in dem Sinne, dass es keine Energie oder Materie mit irgendetwas außerhalb von ihm austauscht. Dieses Beispiel ist das einzige, das ein wirklich isoliertes System ist.
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Ein Neoprenanzug ist ein Beispiel dafür, wie ein Wärmeisolator verwendet werden kann, um ein isoliertes System, in diesem Fall den menschlichen Körper, auf einer konstanten Temperatur zu halten, was für Wassersportarten in kaltem Wasser nützlich ist.
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Ein isoliertes Sonnensystem ist ein theoretisches Modell, in dem das Sonnensystem als ein isoliertes System betrachtet wird, in dem es keinen Austausch von Masse oder Energie mit anderen Systemen außerhalb davon gibt. Das heißt, es wird davon ausgegangen, dass es keinen Austausch (weder Materie noch Energie) mit dem Rest des Universums zulässt, ohne die Auswirkungen anderer Himmelskörper oder äußere Kräfte wie den Gravitationseinfluss anderer Sterne zu berücksichtigen oder Galaxien.
