ההבדל העיקרי בין מערכת סגורה למערכת פתוחה הוא שבמערכת סגורה, החומר אינו מחליף עם הסביבה אלא, האנרגיה מחליפה עם הסביבה, בעוד שבמערכת פתוחה, חומר ואנרגיה מחליפים עם מסביב.
לצורך הכימיה, נוכל לחלק את היקום לשני חלקים; "מערכת" ו"הסביבה". מערכת יכולה להיות אורגניזם, כלי תגובה או אפילו תא בודד. יש גבולות בין מערכת לסביבה. היקף המערכת תלוי בגבולות אלו. לפעמים עניינים וחילופי אנרגיה דרך הגבולות האלה.אנו יכולים להבחין בין המערכות לפי סוג האינטראקציות שיש להן או לפי סוגי ההחלפות המתרחשות. יתר על כן, אנו יכולים לסווג מערכות אלו לשניים כמערכות פתוחות ומערכות סגורות.
מהי מערכת סגורה?
אם החומר אינו עובר דרך הגבול, אז אנו קוראים לסוג כזה של מערכת כמערכת סגורה. עם זאת, במערכת סגורה מתחלפת אנרגיה עם הסביבה. העניין בתוך מערכת סגורה תמיד זהה. כאשר מתרחשת תגובה, המערכת יכולה להתרחב, או שהיא יכולה להעביר אנרגיה לסביבה אם היא בטמפרטורה נמוכה יותר. לדוגמה, כאשר ישנו נוזל דחוס בבוכנה, מדובר במערכת סגורה. שם מסת הנוזל לא משתנה, אבל הנפח עשוי להשתנות.
איור 01: המערכת והגבול שלה במגע עם הסביבה
מערכת מבודדת היא גם מערכת סגורה. עם זאת, היא שונה ממערכת סגורה, מכיוון שלמערכת המבודדת אין מגע מכני או תרמי עם סביבתה. עם הזמן, מערכות מבודדות מגיעות לשיווי משקל תרמודינמי על ידי איזון הלחץ, הטמפרטורה או הבדלים אחרים.
מהי מערכת פתוחה?
במערכת פתוחה החומר והאנרגיה עוברים דרך הגבול בין המערכת לסביבה. מכיוון שהוא פתוח, הוא מקיים אינטראקציה מתמשכת עם הסביבה. למשל, הגוף שלנו הוא מערכת פתוחה. קשה לשלוט בזרימת האנרגיה פנימה והחוצה של מערכת פתוחה. יתר על כן, גם מאזן האנרגיה קשה. מכיוון שהוא פתוח, מסת המערכת אינה בהכרח קבועה; אלא הנפח שלו קבוע.
איור 01: החוק הראשון של התרמודינמיקה: מערכת פתוחה
החוק הראשון של התרמודינמיקה מתייחס למערכות פתוחות. הוא קובע על האנרגיה הפנימית של מערכת פתוחה. אנו יכולים לשנות את האנרגיה הפנימית של מערכת על ידי ביצוע עבודה על המערכת או חימום. השינוי באנרגיה הפנימית של מערכת פתוחה שווה לכמות האנרגיה שאנו צריכים להוסיף למערכת (באמצעות חימום או ביצוע עבודה) פחות כמות שאבדה על ידי זרימת חומר החוצה ואיבוד אנרגיה עקב עבודה נעשה על ידי system.
מה ההבדל בין מערכת סגורה למערכת פתוחה?
אם העניין לא עובר דרך הגבול, אז סוג כזה של מערכת היא מערכת סגורה. ואילו במערכת פתוחה, גם החומר וגם האנרגיה עוברים דרך הגבול שבין המערכת לסביבה. לכן, ההבדל העיקרי בין מערכת סגורה למערכת פתוחה הוא שהמערכות הסגורות אינן מאפשרות חילופי חומר בין המערכת לסביבה בעוד שהמערכת הפתוחה מאפשרת חילופי חומר.יתר על כן, הבדל נוסף בין מערכת סגורה למערכת פתוחה הוא שלמערכות הסגורות יש מסה קבועה ואילו למערכות הפתוחות יש מסה משתנה.
יתר על כן, יש גם הבדל בין מערכת סגורה למערכת פתוחה בשליטה על הגורמים. כלומר, בניגוד למערכת סגורה, במערכת פתוחה קשה לשלוט בזרימת האנרגיה ובפרמטרים נוספים.
סיכום – מערכת סגורה לעומת מערכת פתוחה
מערכת היא חלק שמתרחש בסביבה. ישנם סוגים שונים של מגעים בין המערכת לסביבה. בהתאם לכך, קיימות שתי מערכות; מערכת פתוחה ומערכת סגורה. ההבדל העיקרי בין מערכת סגורה למערכת פתוחה הוא שבמערכת סגורה, החומר אינו מחליף עם הסביבה אלא, האנרגיה מחליפה עם הסביבה ואילו במערכת פתוחה, חומר ואנרגיה מחליפים עם הסביבה.
