ההבדל העיקרי בין מערכת מבודדת למערכת סגורה הוא שהמערכות המבודדות אינן יכולות להחליף חומר ואנרגיה עם הסביבה, אך למרות שגם המערכות הסגורות אינן יכולות להחליף חומר עם הסביבה, הן יכולות להחליף את האנרגיה.
למען קלות לימוד הכימיה, אנו מחלקים את היקום לשני חלקים. החלק שאנו הולכים ללמוד הוא ה"מערכת", והשאר הוא ה"הסביבה". לדוגמה, מערכת יכולה להיות אורגניזם, כלי תגובה או אפילו תא בודד. יש גבול בין מערכת לסביבה. הגבול מגדיר את היקף המערכת. לפעמים החומר והאנרגיה מתחלפים דרך הגבולות האלה.יתר על כן, אנו יכולים לסווג מערכת לשתי קטגוריות; הם המערכת הפתוחה והמערכת הסגורה. מערכת מבודדת היא צורה של מערכת סגורה.
מהי מערכת מבודדת?
מערכת מבודדת היא צורה של מערכת סגורה. אבל, היא נבדלת ממערכת סגורה כי אין לה מגע מכני או תרמי עם הסביבה שלה. זה אומר; המערכות המבודדות אינן יכולות להחליף חומר ואנרגיה עם הסביבה. יתר על כן, מערכות אלו מגיעות לשיווי משקל תרמודינמי עם הזמן, על ידי איזון הלחץ, הטמפרטורה או פרמטרים אחרים.
למעשה, מערכת מבודדת לא קיימת מכיוון שכל הדברים מקיימים אינטראקציה זה עם זה בדרכים מסוימות. עם זאת, אנו יכולים לראות את היקום כולו כמערכת מבודדת, בהתחשב בכך שאין העברת חומר ואנרגיה מחוץ ליקום. תיאורטית, זה שימושי בעת בניית מודלים. לדוגמה, החוק התרמודינמי הראשון והשני מתאר מערכת מבודדת.
איור 01: השוואה של מערכת מבודדת עם מערכות פתוחות וסגורות
החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע ש"האנרגיה הפנימית של מערכת מבודדת היא קבועה". החוק השני של התרמודינמיקה אומר ש"האנטרופיה של מערכת מבודדת גדלה במהלך תהליך ספונטני". עם זאת, חוק זה נכון רק למערכות מבודדות. האנטרופיה תגדל עם הזמן במערכת מבודדת ותגיע לערך המקסימלי בשיווי המשקל. בקיצור, האנרגיה הכוללת של מערכות אלו לעולם לא יכולה לעלות. לפיכך, האנטרופיה לעולם לא יכולה לרדת.
מהי מערכת סגורה?
במערכת סגורה, החומר לא יכול לעבור דרך הגבול. לכן, העניין בתוך מערכת סגורה תמיד זהה.עם זאת, במערכת מסוג זה, האנרגיה מתחלפת עם הסביבה. לדוגמה, כאשר מתרחשת תגובה, המערכת יכולה להתרחב, או שהיא יכולה להעביר את האנרגיה לסביבה אם היא בטמפרטורה נמוכה יותר.
איור 02: מערכת וסביבתה מופרדים על ידי גבול
לדוגמה: אם נכסה את החלק העליון של כוס תה חמה במכסה, אז זה הופך למערכת סגורה. שם, הקיטור לא יכול להימלט מהמערכת. כמו כן, מולקולות הגז בסביבה אינן יכולות להיכנס למערכת. לפיכך, אין חילופי חומר. עם זאת, חום התה מחליף עם הסביבה. אנחנו יכולים להרגיש את החום אם אנחנו נוגעים במכסה של הכוס. לכן האנרגיה מגיעה החוצה כאנרגיה תרמית. שם, המערכת משיגה שיווי משקל עם הסביבה כאשר הטמפרטורה בתוך המערכת ומחוצה לה הופכת להיות שווה.
מה ההבדל בין מערכת מבודדת למערכת סגורה?
גבול מפריד בין מערכת לסביבתה. אנו יכולים לכנות מערכת כמערכת פתוחה או סגורה בהתאם לחילופי החומר והאנרגיה דרך גבול זה. מערכת מבודדת היא גם צורה של מערכת סגורה. ההבדל העיקרי בין מערכת מבודדת למערכת סגורה הוא שהמערכות המבודדות אינן יכולות להחליף חומר ואנרגיה עם הסביבה, אך למרות שהמערכות הסגורות אינן יכולות להחליף חומר עם הסביבה, הן יכולות להחליף את האנרגיה.
כעוד הבדל חשוב בין מערכת מבודדת למערכת סגורה, אנו יכולים לומר שהאנטרופיה של מערכת מבודדת לעולם לא יכולה לרדת בעוד האנטרופיה של מערכת סגורה יכולה לרדת. יתרה מכך, מערכות מבודדות הן תיאורטיות; כלומר, מערכות אלו אינן קיימות במציאות. עם זאת, מערכות סגורות קיימות במציאות.
סיכום – מערכת מבודדת לעומת מערכת סגורה
מערכות הן משני סוגים; הם המערכת הפתוחה והמערכת הסגורה. מערכות מבודדות הן גם סוג של מערכת סגורה. עם זאת, יש מעט הבדלים ביניהם. ההבדל העיקרי בין מערכת מבודדת למערכת סגורה הוא שהמערכות המבודדות אינן יכולות להחליף חומר ואנרגיה עם הסביבה, אך למרות שגם המערכות הסגורות אינן יכולות להחליף חומר עם הסביבה, הן יכולות להחליף את האנרגיה.
