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).
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 , 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:
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.
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.
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]
donde i es la unidad imaginaria , ħ es la constante de Planck dividida por 2π , el símbolo ∂/∂ 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, 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 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.
