Sistema cerrado

Tipo de sistema

Un sistema cerrado es un sistema físico natural que no permite la transferencia de materia dentro o fuera del sistema, aunque – en los contextos de la física , la química , la ingeniería , etc. – se permite la transferencia de energía (por ejemplo, como trabajo o calor).

Física

En mecánica clásica

En la mecánica clásica no relativista , un sistema cerrado es un sistema físico que no intercambia ninguna materia con su entorno y no está sujeto a ninguna fuerza neta cuya fuente sea externa al sistema. ^[1]^[2] Un sistema cerrado en mecánica clásica sería equivalente a un sistema aislado en termodinámica . Los sistemas cerrados se utilizan a menudo para limitar los factores que pueden afectar los resultados de un problema o experimento específico.

En termodinámica

En termodinámica , un sistema cerrado puede intercambiar energía (como calor o trabajo ) pero no materia con su entorno. Un sistema aislado no puede intercambiar calor, trabajo o materia con su entorno, mientras que un sistema abierto puede intercambiar energía y materia. ^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]^[9] (Este esquema de definición de términos no se usa de manera uniforme, aunque es conveniente para algunos propósitos. En particular, algunos escritores usan "sistema cerrado" donde aquí se usa "sistema aislado". ^[10]^[11] )

En el caso de un sistema simple, con un solo tipo de partícula (átomo o molécula), un sistema cerrado equivale a un número constante de partículas. Sin embargo, en el caso de sistemas que están experimentando una reacción química , pueden generarse y destruirse todo tipo de moléculas en el proceso de reacción. En este caso, el hecho de que el sistema sea cerrado se expresa al afirmar que se conserva el número total de cada átomo elemental, sin importar de qué tipo de molécula forme parte. Matemáticamente:

\suma _{j=1}^{m}a_{ij}N_{j}=b_{i}

donde es el número de moléculas de tipo j, es el número de átomos del elemento en la molécula y es el número total de átomos del elemento en el sistema, que permanece constante, ya que el sistema es cerrado. Habrá una ecuación de este tipo para cada elemento diferente en el sistema. $Estilo de visualización N_ {j}}$ $estilo de visualización a_ {ij}}$ ${\estilo de visualización i}$ ${\estilo de visualización j}$ $Estilo de visualización b_{i}$ ${\estilo de visualización i}$

En termodinámica, un sistema cerrado es importante para resolver problemas termodinámicos complicados. Permite eliminar algunos factores externos que podrían alterar los resultados del experimento o problema, simplificándolo. Un sistema cerrado también se puede utilizar en situaciones en las que se requiere equilibrio termodinámico para simplificar la situación.

En física cuántica

Esta ecuación, llamada ecuación de Schrödinger , describe el comportamiento de un sistema cuántico aislado o cerrado, es decir, por definición, un sistema que no intercambia información (es decir, energía y/o materia) con otro sistema. Por lo tanto, si un sistema aislado se encuentra en algún estado puro |ψ(t) ∈ H en el tiempo t, donde H denota el espacio de Hilbert del sistema, la evolución temporal de este estado (entre dos mediciones consecutivas). ^[12]

$i\hbar {\frac {\parcial }{\parcial t}}\Psi (\mathbf {r} ,t)={\hat {H}}\Psi (\mathbf {r} ,t)$

donde $i$ es la unidad imaginaria , $ħ$ es la constante de Planck dividida por $2π$ , el símbolo $⁠ \partial / \partial ⁠$ indica una derivada parcial con respecto al tiempo $t$ , $Ψ$ (la letra griega psi ) es la función de onda del sistema cuántico, y $Ĥ$ es el operador hamiltoniano (que caracteriza la energía total de cualquier función de onda dada y toma diferentes formas dependiendo de la situación).

En química

En química, un sistema cerrado es aquel en el que no pueden escapar reactivos ni productos, solo se puede intercambiar libremente calor (por ejemplo, una hielera). Un sistema cerrado se puede utilizar cuando se realizan experimentos químicos en los que la temperatura no es un factor (es decir, cuando se alcanza el equilibrio térmico ).

En ingeniería

En un contexto de ingeniería , un sistema cerrado es un sistema acotado, es decir, definido, en el que cada entrada es conocida y cada resultante es conocida (o puede ser conocida) dentro de un tiempo específico.

Véase también

Referencias

^ Rana, NC; PS Joag (1991). Mecánica clásica . pág. 78. ISBN 978-0-07-460315-4.
^ Landau, LD ; EM Lifshitz (1976). Mecánica (tercera edición). pág. 8. ISBN 978-0-7506-2896-9.
^ Prigogine, I. , Defay, R. (1950/1954). Termodinámica química , Longmans, Green & Co, Londres, pág. 66.
^ Tisza, L. (1966). Termodinámica generalizada , MIT Press, Cambridge MA, págs. 112-113.
^ Guggenheim, EA (1949/1967). Termodinámica. Un tratamiento avanzado para químicos y físicos , (1.ª edición, 1949), 5.ª edición, 1967, North-Holland, Ámsterdam, pág. 14.
^ Münster, A. (1970). Termodinámica clásica , traducido por ES Halberstadt, Wiley–Interscience, Londres, págs. 6–7.
^ Haase, R. (1971). Encuesta de leyes fundamentales, capítulo 1 de Termodinámica , páginas 1–97 del volumen 1, ed. W. Jost, de Química física. Un tratado avanzado , ed. H. Eyring, D. Henderson, W. Jost, Academic Press, Nueva York, lcn 73–117081, pág. 3.
^ Tschoegl, NW (2000). Fundamentos de la termodinámica del equilibrio y del estado estacionario , Elsevier, Ámsterdam, ISBN 0-444-50426-5 , pág. 5.
^ Silbey, RJ, Alberty, RA , Bawendi, MG (1955/2005). Química física , cuarta edición, Wiley, Hoboken, NJ, pág. 4.
^ Callen, HB (1960/1985). Termodinámica y una introducción a la termoestadística , (1.ª edición, 1960), 2.ª edición, 1985, Wiley, Nueva York, ISBN 0-471-86256-8 , pág. 17.
^ ter Haar, D. , Wergeland, H. (1966). Elementos de termodinámica , Addison-Wesley Publishing, Reading MA, pág. 43.
^ Rivas, Ángel; Huelga, Susana F. (octubre de 2011). Sistemas cuánticos abiertos . Berlín Heidelberg: Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-23354-8.

[1] Rana, NC; PS Joag (1991). Mecánica clásica . pág. 78. ISBN 978-0-07-460315-4.

[2] Landau, LD ; EM Lifshitz (1976). Mecánica (tercera edición). pág. 8. ISBN 978-0-7506-2896-9.

[3] Prigogine, I. , Defay, R. (1950/1954). Termodinámica química , Longmans, Green & Co, Londres, pág. 66.

[4] Tisza, L. (1966). Termodinámica generalizada , MIT Press, Cambridge MA, págs. 112-113.

[5] Guggenheim, EA (1949/1967). Termodinámica. Un tratamiento avanzado para químicos y físicos , (1.ª edición, 1949), 5.ª edición, 1967, North-Holland, Ámsterdam, pág. 14.

[6] Münster, A. (1970). Termodinámica clásica , traducido por ES Halberstadt, Wiley–Interscience, Londres, págs. 6–7.

[7] Haase, R. (1971). Encuesta de leyes fundamentales, capítulo 1 de Termodinámica , páginas 1–97 del volumen 1, ed. W. Jost, de Química física. Un tratado avanzado , ed. H. Eyring, D. Henderson, W. Jost, Academic Press, Nueva York, lcn 73–117081, pág. 3.

[8] Tschoegl, NW (2000). Fundamentos de la termodinámica del equilibrio y del estado estacionario , Elsevier, Ámsterdam, ISBN 0-444-50426-5 , pág. 5.

[9] Silbey, RJ, Alberty, RA , Bawendi, MG (1955/2005). Química física , cuarta edición, Wiley, Hoboken, NJ, pág. 4.

[10] Callen, HB (1960/1985). Termodinámica y una introducción a la termoestadística , (1.ª edición, 1960), 2.ª edición, 1985, Wiley, Nueva York, ISBN 0-471-86256-8 , pág. 17.

[11] ter Haar, D. , Wergeland, H. (1966). Elementos de termodinámica , Addison-Wesley Publishing, Reading MA, pág. 43.

[12] Rivas, Ángel; Huelga, Susana F. (octubre de 2011). Sistemas cuánticos abiertos . Berlín Heidelberg: Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-23354-8.