Изолированная система

редактировать

См. Также: Термодинамическая система. Свойства изолированных, закрытых и открытых систем при обмене энергией и веществом.

В физической науке, изолированная система либо из следующих условий:

  1. физическая система так далеко от других систем, которые он не взаимодействует с ними.
  2. термодинамической системы закрытых жесткими неподвижными стенками, через которые 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 замкнутой системой, будучи окруженной избирательными стенками, через которые может проходить энергия как тепло или работа, но не материя; и с открытой системой, в которую могут входить и выходить как материя, так и энергия, хотя в некоторых частях ее границ могут быть непроницаемые стены.

Изолированная система подчиняется закону сохранения, согласно которому ее 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.

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

Однако плод опыта - это то, что некоторые физические системы, в том числе изолированные, действительно 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 термодинамической операции с увеличением энтропии в соответствии со вторым началом термодинамики, H-теорема Больцмана использовала уравнения, которые предполагали, что система (например, газ ) изолирована. Таким образом, можно задать все механические степени свободы, рассматривая ограждающие стены просто как зеркальные граничные условия. Это привело к парадоксу Лошмидта. Если, однако, учитывать стохастическое поведение молекул и тепловое излучение в реальных ограждающих стенках, то система фактически находится в термостате. Тогда предположение Больцмана о молекулярном хаосе может быть оправдано.

Концепция изолированной системы может служить полезной моделью, приближающей многие реальные ситуации. Это приемлемая идеализация, используемая при построении математических моделей определенных природных явлений ; например, планеты в Солнечной системе, а также протон и электрон в атоме водорода часто рассматриваются как изолированные системы. Но время от времени атом водорода будет взаимодействовать с электромагнитным излучением и переходить в возбужденное состояние.

Иногда люди размышляют об «изолированности» Вселенной в целом, но смысл таких рассуждений сомнительный.

Радиационная изоляция

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

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 придерживается Балиан. Для квантования излучения в полости он воображает, что его изолирующие излучения стены идеально проводят. Хотя он не упоминает массу снаружи 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.

Смотрите также

Рекомендации

Последняя правка сделана 2023-03-31 01:30:27
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте