Ein offenes System ist ein System, das mit seiner Umgebung interagiert. Die Wechselwirkung besteht aus dem Austausch von Energie und Materie zwischen dem System selbst und der Außenwelt.
In der Physik strebt ein offenes System oft danach, einen Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten.
Das offene Systemkonzept wurde im Kontext der Thermodynamik eingeführt. Seine Verwendung wurde später mit der Entwicklung der Informationstheorie und der Computersystemtheorie erweitert. Heute findet das Konzept auch Anwendung in den Natur- und Sozialwissenschaften.
Auf dem Gebiet der Thermodynamik kann ein offenes thermodynamisches System nicht in einem Zustand des vollständigen thermodynamischen Gleichgewichts existieren. Diese Unmöglichkeit liegt daran, dass definitionsgemäß immer ein Austausch von Energie und Materie zwischen dem System und der Umgebung stattfindet.
In den Sozialwissenschaften ist ein offenes System ein Prozess, der Materialien, Energie, Menschen, Kapital und Informationen mit seiner Umgebung austauscht.
Was ist der Unterschied zwischen offenen, geschlossenen und isolierten Systemen?
Der Unterschied zwischen den drei thermodynamischen Systemen hängt von der Wechselwirkung von Energie und Materie mit der Umgebung ab:
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Ein offenes System kann Energie und Materie mit der Außenwelt austauschen.
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Ein geschlossenes System kann keine Materie, aber Energie mit seiner Umgebung austauschen.
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Ein isoliertes System kann keine Energie oder Materie mit der Umgebung austauschen.
Das einzige bekannte isolierte System ist das gesamte Universum. Um bestimmte Berechnungen zu vereinfachen, werden einige Systeme jedoch so behandelt, als ob sie isoliert wären.
Offenes System in den Naturwissenschaften
Das Konzept eines offenen Systems ermöglichte die Verknüpfung von Organismentheorie, Thermodynamik und Evolutionstheorie. Jetzt hat das Konzept Anwendungen in den Natur- und Sozialwissenschaften.
Die Entropie eines offenen Systems kann auf Kosten der Umwelt reduziert werden. Alle oder fast alle natürlichen Systeme sind offene Systeme mit Stoff- und Energieaustausch nach außen.
In den Naturwissenschaften ist ein offenes System mit seinen Grenzen sowohl in Energie als auch in Masse durchlässig.
Die Definition eines offenen Systems geht davon aus, dass es Energieressourcen gibt, die nicht erschöpft werden können, in der Praxis wird diese Energie von einer Quelle in der Umgebung geliefert, die als unendlich betrachtet werden kann.
Beispiele für offene Systeme
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Der Planet Erde ist ein offenes System, weil er Energie (Sonnenenergie) mit der Außenwelt austauscht. Darüber hinaus ist es in der Lage, Materie wie Asteroiden auszutauschen.
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Der menschliche Körper ist auch eine Art offenes System, weil wir Energie mit der Umgebung (Körperwärme) und Materie (Nahrung, Luft, Schweiß… etc.) austauschen.
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Kochendes Wasser in einem Wasserkocher nimmt Wärmeenergie von außen auf und gibt Dampfpartikel nach außen ab.
