Unterschied zwischen offenem und geschlossenem System

Hauptunterschied - Offenes gegen geschlossenes System

Die Thermodynamik ist ein Zweig der Physik, der die Energieübertragung zwischen Objekten und der Umgebung erklärt. Begriffe in der Thermodynamik können auch verwendet werden, um das chemische Verhalten chemischer Spezies zu verstehen. System und Umgebung sind zwei Grundbegriffe der Thermodynamik. Ein System ist ein Teil des Universums, das untersucht wird, und die Umgebung ist der Rest des Universums, das sich von diesem System unterscheidet. Der Rand des Systems, der es von der Umgebung trennt, wird als Grenze bezeichnet. Systeme können auf drei Arten als offene Systeme, geschlossene Systeme und isolierte Systeme existieren. Der Hauptunterschied zwischen offenem und geschlossenem System ist das In einem offenen System kann Materie mit der Umgebung ausgetauscht werden wohingegen, In einem geschlossenen System kann Materie nicht mit der Umgebung ausgetauscht werden.

Wichtige Bereiche

1. Was ist ein offenes System?
      - Definition, Eigenschaften
2. Was ist ein geschlossenes System?
      - Definition, Eigenschaften
3. Was ist der Unterschied zwischen offenen und geschlossenen Systemen?
      - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Energie, kinetisches Energiesystem, Materie, potentielle Energie, Umgebung, Thermodynamik

Was ist ein offenes System?

Ein offenes System kann als ein System definiert werden, das Materie und Energie mit der Umgebung austauschen kann. Zum Beispiel kann die Erde als offenes System erkannt werden. In diesem Fall ist die Erde das System und der Weltraum die Umgebung. Sonnenlicht kann die Erdoberfläche erreichen und wir können Raketen in den Weltraum schicken. Sonnenlicht und Rakete lassen sich als Energie bzw. Materie erklären.

Der Stoffaustausch zwischen dem offenen System und der Umgebung erfolgt leicht. Dies kann auch leicht durch Hinzufügen von Material oder Entfernen von Material erklärt werden. Der Energieaustausch ist jedoch etwas komplizierter, da Energie in unterschiedlicher Form ausgetauscht werden kann und während dieses Austauschs unterschiedliche Umwandlungen auftreten können. Energie wird als Wärme oder irgendeine andere Form ausgetauscht.

In thermodynamischer Hinsicht ist der Energieaustausch durch potentielle Energie, kinetische Energie und thermische Energie gekennzeichnet. Potentielle Energie ist die gespeicherte Energie. Kinetische Energie ist die Energie, die ein Objekt beim Bewegen trägt. Die Energie eines Systems existiert jedoch immer in einem dieser drei Zustände oder in zwei Zuständen gleichzeitig. Zum Beispiel kann ein stationäres Objekt Wärme mit der Umgebung austauschen. Dann hat es sowohl potentielle Energie als auch thermische Energie. Energie kann als potentielle Energie oder kinetische Energie ausgetauscht oder übertragen werden. Aber manchmal kann potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt werden oder das Gegenteil kann eintreten. Wärmeenergie oder Wärme wird auch zwischen offenen Systemen und ihrer Umgebung ausgetauscht.

Aufgrund der Fähigkeit, Materie zwischen dem offenen System und der Umgebung auszutauschen, variiert die innere Masse eines offenen Systems mit der Zeit. Wenn Materie hinzugefügt wird, nimmt die Masse zu und wenn Materie entfernt wird, nimmt die Masse ab.  

Abbildung 1: Da der Becher nicht abgedeckt ist, können sowohl Energie als auch Materie mit der Umgebung ausgetauscht werden. Dies ist also ein offenes System.

Was ist ein geschlossenes System?

Ein geschlossenes System ist ein System, bei dem nur Energie ausgetauscht werden kann, jedoch keine Rolle spielt. Materie kann nicht in einem geschlossenen System ausgetauscht werden, da Materie Partikel enthält, die die Systemgrenze nicht überschreiten können. Energie wird jedoch als Photonen durch diese Grenze geleitet, weil Energie keine Partikel ist. Daher bleibt die Masse in einem geschlossenen System konstant, da die Materie nicht entfernt oder hinzugefügt werden kann. Energie kann jedoch meistens als Wärme oder Wärmeenergie übertragen werden.

Wenn zum Beispiel eine warme Tasse Wasser durch Aufsetzen eines Deckels auf die Oberseite des Bechers abgedeckt wird, kann Dampf aufgrund des Deckels nicht aus dem System entweichen. Die Gasmoleküle in der Luft können aufgrund des Deckels auch nicht in die Tasse gelangen. Es gibt also keinen Stoffaustausch. Wenn wir jedoch nach einiger Zeit den Deckel berühren, können wir spüren, dass es warm ist. Die Tasse fühlt sich auch warm an; Dies zeigt an, dass Energie als Wärmeenergie nach außen kommt. Wenn dieses System längere Zeit auf einer normalen Temperatur gehalten wird, kann beobachtet werden, dass die Tasse, der Deckel oder das Wasser nicht mehr warm sind. Dies liegt daran, dass das System Wärmeenergie mit der Umgebung geteilt hat, bis die Temperatur des Systems der Umgebungstemperatur entspricht. Dies wird als Gleichgewicht bezeichnet.

Abbildung 2: Der abgedeckte Topf ist ein Beispiel für ein geschlossenes System, da er aufgrund des Deckels keine Materie mit der Umgebung austauschen kann.

Unterschied zwischen offenen und geschlossenen Systemen

Definition

Offenes System: Ein offenes System ist ein thermodynamisches System, in dem Energie und Materie mit der Umgebung ausgetauscht werden können.

Geschlossenes System: Ein geschlossenes System ist ein thermodynamisches System, bei dem Energie mit der Umgebung ausgetauscht werden kann, jedoch keine Rolle spielt.

Austausch von Materie

Offenes System: Offene Systeme können Materie mit der Umgebung austauschen.

Geschlossenes System: Geschlossene Systeme können keine Materie mit der Umgebung austauschen.

Interne Masse

Offenes System: Die Masse des Systems variiert in offenen Systemen mit der Zeit.

Geschlossenes System: In geschlossenen Systemen ist die Masse des Systems konstant.

Grenze des Systems

Offenes System: Offene Systeme haben Grenzen, die nicht geschlossen sind.

Geschlossenes System: Die Grenze eines geschlossenen Systems ist vollständig geschlossen.

Fazit

Überall in der Umgebung gibt es Interaktionen zwischen Systemen und ihrer Umgebung. Systeme können entweder geöffnet, geschlossen oder isoliert sein. Der Hauptunterschied zwischen offenem und geschlossenem System besteht darin, dass im offenen System Materie mit der Umgebung ausgetauscht werden kann, während in einem geschlossenen System Materie nicht mit der Umgebung ausgetauscht werden kann.

Verweise:

1. "Ein System und seine Umgebung". Chemie LibreTexts. Textsammlung, 21. Juli 2016. Web. Hier verfügbar. 16. Juni 2017.
2. "Offene, geschlossene und isolierte Systeme in der physikalischen Chemie". Grundlagen der Physik. N.p., n. D. Netz. Hier verfügbar. 16. Juni 2017. 

Bildhöflichkeit:

1. "345707" (Public Domain) über Pixabay
2. "Kaffee Dampf 2" von Waferboard (CC BY 2.0) über Flickr