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.) sí se permite la transferencia de energía (por ejemplo, como trabajo o calor). .

Física

En mecanica clasica

En la mecánica clásica no relativista , un sistema cerrado es un sistema físico que no intercambia 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

Propiedades de sistemas aislados, cerrados y abiertos en el intercambio de energía y materia.

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 el 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 utiliza 'sistema aislado'. ^{[10] [11]} )

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

${\displaystyle \sum _{j=1}^{m}a_{ij}N_{j}=b_{i}}$

donde es el número de moléculas 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 del sistema. ${\displaystyle N_{j}}$ ${\displaystyle a_{ij}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle j}$ ${\displaystyle b_{i}}$ ${\displaystyle i}$

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 donde 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. Entonces, si un sistema aislado está 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]

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

donde i es la unidad imaginaria , ħ es la constante de Planck dividida por 2π , el símbolo∂/∂t _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 Quimica

En química, un sistema cerrado es aquel en el que no pueden escapar reactivos ni productos, sólo se puede intercambiar libremente calor (p. ej., un refrigerador con hielo). Se puede utilizar un sistema cerrado al realizar experimentos químicos donde 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 ligado, es decir, definido, en el que cada entrada se conoce y cada resultante se conoce (o puede conocerse) dentro de un tiempo específico.

Ver también

• Glosario de teoría de sistemas.
• sistema dinámico
• Sistema aislado
• Sistema abierto (teoría de sistemas)
• Sentir y responder
• sistema termodinámico

Referencias

1. Rana, Carolina del Norte; PS Joag (1991). Mecanica clasica . pag. 78.ISBN _ 978-0-07-460315-4.
2. Landau, LD ; EM Lifshitz (1976). Mecánica (tercera ed.). pag. 8.ISBN _ 978-0-7506-2896-9.
3. Prigogine, I. , Defay, R. (1950/1954). Termodinámica química , Longmans, Green & Co, Londres, p. 66.
4. Tisza, L. (1966). Termodinámica generalizada , MIT Press, Cambridge MA, págs.
5. Guggenheim, EA (1949/1967). Termodinámica. Un tratamiento avanzado para químicos y físicos , (1.ª edición 1949) 5.ª edición 1967, Holanda Septentrional, Ámsterdam, p. 14.
6. Münster, A. (1970). Termodinámica clásica , traducida por ES Halberstadt, Wiley–Interscience, Londres, págs. 6–7.
7. Haase, R. (1971). Estudio 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, noroeste (2000). Fundamentos de equilibrio y termodinámica del estado estacionario , Elsevier, Amsterdam, ISBN 0-444-50426-5 , p. 5. 
9. Silbey, RJ, Alberty, RA , Bawendi, MG (1955/2005). Química Física , cuarta edición, Wiley, Hoboken NJ, p. 4.
10. Callen, HB (1960/1985). Termodinámica e introducción a la termostatística , (1.ª edición 1960) 2.ª edición 1985, Wiley, Nueva York, ISBN 0-471-86256-8 , p. 17. 
11. ter Haar, D. , Wergeland, H. (1966). Elementos de termodinámica , Addison-Wesley Publishing, Reading MA, pág. 43.
12. Rivas, Ángel; F. Huelga, Susana (octubre de 2011). Sistemas cuánticos abiertos . Berlín Heidelberg: Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-23354-8.