Изолированная система - Isolated system

Смотрите также: Термодинамическая система
Свойства изолированных, закрытых и открытых систем при обмене энергией и веществом.

В физическая наука, изолированная система может быть одним из следующих:

  1. а физическая система настолько удален от других систем, что не взаимодействует с ними.
  2. а термодинамическая система огорожен жесткой недвижимой стены через который ни масса ни энергия может пройти.

Хотя изолированная система внутренне подвержена своей собственной гравитации, обычно считается, что она находится вне досягаемости внешних гравитационных и других дальнодействующих сил.

Это можно противопоставить тому, что (в более общей терминологии, используемой в термодинамике), называется закрытая система, будучи окруженными избирательными стенками, через которые может проходить энергия в виде тепла или работы, но не материи; и с открытая система, в которое могут входить и выходить как материя, так и энергия, хотя в некоторых частях его границ могут быть непроницаемые стенки.

Изолированная система подчиняется закон сохранения что его полная энергия-масса остается постоянной. Чаще всего в термодинамике масса и энергия рассматриваются как отдельно сохраняемые.

Из-за требований изоляции и почти повсеместного распространения силы тяжести строго и идеально изолированные системы фактически не встречаются в экспериментах или в природе. Хотя они очень полезны, они являются строго гипотетическими.[1][2][3]

Классическая термодинамика обычно представляется как постулат существования изолированных систем. Его также обычно представляют как плод опыта. Очевидно, что об идеальной изолированной системе не сообщалось.

Однако плод опыта - это то, что некоторые физические системы, в том числе изолированные, действительно, кажется, достигают своих собственных состояний внутреннего термодинамического равновесия. Классическая термодинамика постулирует существование систем в их собственных состояниях внутреннего термодинамического равновесия. Этот постулат - очень полезная идеализация.

В попытке объяснить идею постепенного приближения к термодинамическому равновесию после термодинамический режим, с энтропия увеличивается в соответствии с второй закон термодинамики, Больцмана H-теорема использовал уравнения, который предполагал систему (например, газ ) был изолирован. То есть все механические степени свободы можно указать, рассматривая ограждающие стены просто как зеркало граничные условия. Это привело к Парадокс лошмидта. Если, однако, стохастический поведение молекулы и тепловое излучение в реальных ограждающих стенах, то система действует в термостате. Тогда предположение Больцмана о молекулярный хаос может быть оправдано.

Концепция изолированной системы может служить полезным модель приближается ко многим реальным ситуациям. Это приемлемый идеализация используется при строительстве математические модели определенных естественных явления; например, планеты в Солнечная система, а протон и электрон в атом водорода часто рассматриваются как изолированные системы. Но время от времени атом водорода взаимодействовать с электромагнитное излучение и перейти к возбужденное состояние.

Иногда люди размышляют об "изоляции" Вселенной в целом, но смысл таких предположений сомнительный.[нужна цитата ].

Радиационная изоляция

Для радиационной изоляции стены должны быть идеально проводящими, чтобы идеально отражать излучение внутри полости, как, например, предполагалось Планк.

Он рассматривал внутреннее тепловое радиационное равновесие термодинамической системы в полости, изначально лишенной вещества. Он не упомянул, что, по его мнению, окружало бы его идеально отражающие и, следовательно, идеально проводящие стены. Предположительно, поскольку они обладают идеальной отражающей способностью, они изолируют полость от любого внешнего электромагнитного воздействия. Планк считал, что для радиационного равновесия внутри изолированной полости необходимо добавить в ее внутреннюю часть частицы углерода.[4][5][6]

Если полость с идеально отражающими стенками содержит достаточно энергии излучения для поддержания температуры космологической величины, то углеродная крупинка не нужна, потому что излучение генерирует частицы вещества, такие как, например, электрон-позитронные пары, и тем самым достигает термодинамического равновесия.

Другой подход используют Балиан. Для квантования излучения в полости он воображает, что его изолирующие излучения стенки идеально проводящие. Хотя он не упоминает внешнюю массу и из его контекста кажется, что он хочет, чтобы читатель предположил, что внутренняя часть полости лишена массы, он все же воображает, что какой-то фактор вызывает токи в стенах. Если этот фактор является внутренним по отношению к полости, это может быть только излучение, которое, таким образом, будет идеально отражено. Однако для задачи теплового равновесия он рассматривает стенки, содержащие заряженные частицы, которые взаимодействуют с излучением внутри полости; такие полости, конечно, не изолированы, но их можно рассматривать как тепловую баню.[7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Термодинамика спонтанных и несамопроизвольных процессов; Колесников И. М. и др., Стр. 136 - ат. https://books.google.com/books?id=2RzE2pCfijYC&pg=PA3
  2. ^ Система и ее окружение; UC Davis ChemWiki, Калифорнийский университет в Дэвисе, at http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Thermodynamics/A_System_And_Its_Surroundings#Isolated_System
  3. ^ Гиперфизика, факультет физики и астрономии Государственного университета Джорджии; в http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/conser.html#isosys
  4. ^ Планк, М. (1914). Теория теплового излучения, второе издание переведено Масиусом, Сын П. Блэкистона и Ко., Филадельфия, с. 43.
  5. ^ Фаулер, Р. (1929). Статистическая механика: теория свойств вещества в равновесии, Издательство Кембриджского университета, Лондон, стр. 74.
  6. ^ Ландсберг, П. (1978). Термодинамика и статистическая механика, Oxford University Press, Oxford UK, ISBN  0-19-851142-6С. 208–209.
  7. ^ Балиан, Р., (1982). От микрофизики к макрофизике: методы и приложения статистической физики, перевод Д. тер Хаара, том 2, Springer, ISBN  978-3-540-45478-6С. 203, 215.