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열역학에서 닫힌 시스템은 주변과 물질을 교환하지 않지만 다른 방식으로 에너지를 교환할 수 있는 시스템입니다. 즉, 경계가 원자나 분자의 출입을 허용하지 않고 빛, 열, 일 등의 형태로 된 에너지가 통과할 수 있는 시스템입니다.
일반적으로 열역학 시스템은 실제 시스템의 수학적 설명을 단순화하는 데 주로 사용되는 개념 모델입니다. 이런 의미에서 완벽하게 닫힌 시스템은 실제로 존재하지 않습니다. 왜냐하면 시스템은 완전히 밀폐되어야 하고 소수의 원자가 시스템을 주변 환경과 분리하는 장벽을 넘는 것을 방지하는 것이 거의 불가능하기 때문입니다.
그러나 많은 시스템은 닫힌 것으로 간주될 만큼 밀폐되어 있으며 이러한 시스템을 적절하게 분석하고 이해하면 열역학의 가장 기본적인 개념을 이해할 수 있습니다. 후자는 닫힌 시스템을 통해 물질 교환에서 오는 다른 상호 작용의 복잡성을 추가하지 않고 시스템에서 시스템으로의 에너지 흐름이 시스템에 미치는 영향을 “관찰”할 수 있다는 사실 때문입니다.
폐쇄계의 특징
폐쇄 시스템에는 열역학에서 고려되는 다른 두 가지 유형의 시스템과 구별되는 몇 가지 특성이 있습니다.
- 그들은 주변과 물질을 교환하지 않습니다.
- 그것들은 물질이 보존되는 시스템입니다.
- 그들은 벽이나 투열 경계로 둘러싸여 있습니다.
- 그들은 주변과 에너지를 교환합니다.
- 어떠한 경우에도 한 쪽에서 다른 쪽으로 물질의 흐름이 허용되지 않는 한 단단한 벽과 유연한 벽을 모두 가질 수 있습니다.
- 그들은 에너지 교환을 통해 주변 환경과 상호 작용합니다.
- 주변에 일을 시키거나 주변으로부터 일을 받을 수 있는 시스템이다.
폐쇄 시스템의 예
위에서 언급한 것처럼 완벽하게 닫힌 시스템은 존재하지 않지만 실용적인 목적을 위해 닫힌 것으로 간주되는 실제 시스템의 예는 많이 있습니다.
예 1: 닫힌 소다.
청량 음료수 병은 압력이 가해져도 이산화탄소가 빠져나가지 않도록 충분히 밀봉되어 있습니다. 그러나 캔이나 병의 벽은 청량 음료가 냉장고에서 식고 남은 경우 다시 데울 때 열이 흐를 수 있음이 분명합니다.
예 2: 휘파람을 불기 전의 압력솥.
압력솥은 종종 폐쇄형 시스템의 예로 인용되며 실제로도 그렇습니다. 처음 가열하는 동안 냄비는 밀폐되어 공기나 증기가 들어오거나 나가는 것을 허용하지 않습니다. 반면에 냄비와 그 내용물이 천천히 가열되기 때문에 에너지가 열의 형태로 유입되고 있음이 분명합니다.
그러나 이는 밸브가 닫혀 있는 동안에만 해당된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다(즉, 포트에서 신호음이 울리지 않는 경우). 밥솥의 내부 압력이 밸브의 압력을 초과하여 밸브가 열리면 밥솥 내부의 고압에 있던 증기 및 기타 가스가 빠른 속도로 빠져나갑니다. 이것은 주변과의 물질 교환을 나타냅니다.
예 3: 개봉하지 않은 스낵 백.
칩 및 스낵 백도 폐쇄형 시스템의 좋은 예입니다. 공기 또는 기타 물질의 출입을 허용하지 않고 열의 형태로 에너지를 통과시키는 것 외에도 가방을 통해 일의 형태로 에너지의 흐름을 허용합니다. 이것의 증거는 우리가 가방을 열지 않고 손으로 튀긴 음식을 가방을 통해 쪼갤 수 있다는 사실입니다. 재료(예: 감자칩)를 부수거나 변형하려면 작업을 수행해야 하므로 우리(주변 환경 역할)는 시스템 내부(가방 내부의 칩으로 구성됨)에서 효과적으로 작업을 수행하고 있습니다. .
예 4: 통조림 식품.
통조림 식품은 모두 폐쇄 시스템의 예입니다. 캔의 내용물이 주변 환경과 실질적으로 어떤 물질도 교환하지 않는다는 것이 분명합니다.
캔 내부에서 화학 반응이나 다양한 유형의 생물학적 과정이 발생하여 캔의 물질을 변형시킬 수 있지만 내부에서 무슨 일이 일어나든 내부의 질량은 일정하게 유지됩니다.
예 5: 진공 밀봉된 고기.
육류 및 기타 단백질은 밀폐된 무거운 비닐 봉지에 진공 포장하여 보존하는 경우가 많습니다. 이것은 또한 닫힌 시스템의 예입니다. 사실, 어떤 경우에는 고기를 봉인하기 전에 절인 고기를 포장 자체에서 요리할 수도 있습니다. 고기를 요리하는 열의 흐름을 허용하면서 절묘한 풍미를 제공하는 육즙의 손실을 방지합니다.
참조
Paula J.의 Atkins, P.(2014). 앳킨스의 물리화학. (개정판.). 영국 옥스포드: Oxford University Press.
브라운, T. (2021). 화학: 중앙 과학. (11판). 영국 런던: Pearson Education.
장로리(2008). 물리화학 (제1 판 .). 뉴욕주 뉴욕시: McGraw Hill.
열역학 법칙(nd). https://www.khanacademy.org/ 에서 가져옴
기본 정의 – 시스템 및 주변 환경. (2020년 8월 13일). https://chem.libretexts.org/@go/page/53093 에서 가져옴
