الاختلاف الرئيسي بين النظام المعزول والنظام المغلق هو أن الأنظمة المعزولة لا يمكنها تبادل كل من المادة والطاقة مع البيئة المحيطة ، ولكن على الرغم من أن الأنظمة المغلقة أيضًا لا يمكنها تبادل المادة مع البيئة المحيطة ، إلا أنها يمكن أن تتبادل الطاقة.
لسهولة دراسة الكيمياء نقسم الكون إلى قسمين. الجزء الذي سنقوم بدراسته هو "النظام" ، والباقي هو "المحيط". على سبيل المثال ، قد يكون النظام كائنًا حيًا أو وعاء تفاعل أو حتى خلية واحدة. هناك حد بين النظام وما يحيط به. تحدد الحدود نطاق النظام. في بعض الأحيان ، يتم تبادل المادة والطاقة من خلال هذه الحدود.علاوة على ذلك ، يمكننا تصنيف النظام إلى فئتين ؛ هم النظام المفتوح والنظام المغلق. النظام المعزول هو شكل من أشكال النظام المغلق.
ما هو النظام المعزول؟
النظام المعزول هو شكل من أشكال النظام المغلق. لكنه يختلف عن النظام المغلق لأنه لا يوجد لديه اتصال ميكانيكي ولا حراري مع محيطه. هذا يعني؛ لا يمكن للأنظمة المعزولة تبادل كل من المادة والطاقة مع المحيط. علاوة على ذلك ، تصل هذه الأنظمة إلى التوازن الديناميكي الحراري مع الوقت ، من خلال موازنة الضغط أو درجة الحرارة أو غيرها من المعلمات.
عمليًا ، لا يوجد نظام منعزل لأن كل الأشياء تتفاعل مع بعضها البعض بطرق معينة. ومع ذلك ، يمكننا اعتبار الكون كله كنظام معزول ، مع الأخذ في الاعتبار عدم وجود نقل للمادة والطاقة خارج الكون. من الناحية النظرية ، هذا مفيد عند بناء النماذج. على سبيل المثال ، يصف القانونان الأول والثاني للديناميكا الحرارية نظامًا معزولًا.
الشكل 01: مقارنة بين النظام المعزول والأنظمة المفتوحة والمغلقة
ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن "الطاقة الداخلية لنظام معزول ثابتة". يقول القانون الثاني للديناميكا الحرارية أن "إنتروبيا نظام معزول تزداد في سياق عملية عفوية." ومع ذلك ، فإن هذا القانون ينطبق فقط على الأنظمة المعزولة. ستزداد الإنتروبيا بمرور الوقت في نظام معزول وستصل إلى أقصى قيمة عند التوازن. باختصار ، لا يمكن أن تزيد الطاقة الإجمالية لهذه الأنظمة أبدًا. وبالتالي ، فإن الإنتروبيا لا يمكن أن تنخفض أبدًا.
ما هو النظام المغلق؟
في نظام مغلق ، لا يمكن للمادة أن تمر عبر الحدود. لذلك ، فإن الأمر داخل نظام مغلق هو نفسه دائمًا.ومع ذلك ، في هذا النوع من النظام ، تتبادل الطاقة مع المحيط. على سبيل المثال ، عند حدوث تفاعل ، يمكن للنظام أن يتمدد ، أو يمكنه نقل الطاقة إلى المحيط إذا كانت درجة الحرارة منخفضة.
الشكل 02: نظام ومحيطه مفصولان بحدود
مثال: إذا غطينا الجزء العلوي من فنجان شاي دافئ بغطاء ، فسيصبح نظامًا مغلقًا. هناك ، لا يمكن للبخار الهروب من النظام. أيضًا ، لا يمكن لجزيئات الغاز الموجودة في المناطق المحيطة أن تدخل النظام. وبالتالي ، لا يوجد تبادل للمادة. ومع ذلك ، فإن حرارة الشاي تتبادل مع المحيط. يمكننا أن نشعر بالحرارة إذا لمسنا غطاء الكوب. لذلك تأتي الطاقة في الخارج كطاقة حرارية. هناك ، يحقق النظام توازنًا مع المحيط عندما تصبح درجة الحرارة داخل وخارج النظام متساوية.
ما هو الفرق بين النظام المعزول والنظام المغلق؟
الحدود تفصل بين النظام ومحيطه. يمكننا تسمية النظام على أنه إما نظام مفتوح أو مغلق اعتمادًا على تبادل المادة والطاقة عبر هذه الحدود. النظام المعزول هو أيضًا شكل من أشكال النظام المغلق. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين النظام المعزول والنظام المغلق في أن الأنظمة المعزولة لا يمكنها تبادل كل من المادة والطاقة مع البيئة المحيطة ، ولكن على الرغم من أن الأنظمة المغلقة لا يمكنها تبادل المادة مع البيئة المحيطة ، إلا أنها يمكن أن تتبادل الطاقة.
كاختلاف مهم آخر بين النظام المعزول والنظام المغلق ، يمكننا القول أن إنتروبيا النظام المعزول لا يمكن أن تنخفض أبدًا بينما يمكن أن تنخفض إنتروبيا النظام المغلق. علاوة على ذلك ، فإن الأنظمة المعزولة نظرية ؛ هذا يعني أن هذه الأنظمة غير موجودة في الواقع. ومع ذلك ، الأنظمة المغلقة موجودة في الواقع.
ملخص - النظام المعزول مقابل النظام المغلق
الأنظمة من نوعين ؛ هم النظام المفتوح والنظام المغلق. الأنظمة المعزولة هي أيضًا نوع من الأنظمة المغلقة. ومع ذلك ، هناك اختلافات قليلة بينهما. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين النظام المعزول والنظام المغلق في أن الأنظمة المعزولة لا يمكنها تبادل كل من المادة والطاقة مع البيئة المحيطة ، ولكن على الرغم من أن الأنظمة المغلقة أيضًا لا يمكنها تبادل المادة مع البيئة المحيطة ، إلا أنها يمكن أن تتبادل الطاقة.
