Verschil tussen open en gesloten systeem

Belangrijkste verschil - Open versus gesloten systeem

Thermodynamica is een tak van de natuurkunde die de energieoverdracht tussen objecten en omgeving verklaart. Termen in thermodynamisch kunnen ook worden gebruikt om chemisch gedrag van chemische soorten te begrijpen. Systeem en omgeving zijn twee basistermen die worden gebruikt in de thermodynamica. Een systeem is een deel van het universum dat wordt bestudeerd en de rest van het universum is anders dan dat specifieke systeem. De marge van het systeem dat het scheidt van de omgeving wordt grens genoemd. Systemen kunnen op drie manieren bestaan ​​als open systemen, gesloten systemen en geïsoleerde systemen. Het grootste verschil tussen open en gesloten systeem is dat in een open systeem kan materie worden uitgewisseld met de omgeving terwijl, in een gesloten systeem kan materie niet worden uitgewisseld met de omgeving.

Key Areas Covered

1. Wat is een Open systeem
      - Definitie, kenmerken
2. Wat is een gesloten systeem?
      - Definitie, kenmerken
3. Wat is het verschil tussen open en gesloten systemen
      - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: energie, kinetisch energiesysteem, materie, potentiële energie, omgeving, thermodynamica

Wat is een Open systeem

Een open systeem kan worden gedefinieerd als een systeem dat zowel materie als energie kan uitwisselen met de omgeving. De aarde kan bijvoorbeeld worden herkend als een open systeem. In dit geval is de aarde het systeem en is ruimte de omgeving. Zonlicht kan het aardoppervlak bereiken en we kunnen raketten naar de ruimte sturen. Zonlicht en raket kunnen worden verklaard als respectievelijk energie en materie.

Uitwisseling van materie tussen het open systeem en de omgeving vindt gemakkelijk plaats. Dit kan ook gemakkelijk worden verklaard door het toevoegen van materie of het verwijderen van materie. Maar energie-uitwisseling is iets gecompliceerder omdat energie in verschillende vormen kan worden uitgewisseld en er tijdens deze uitwisseling verschillende conversies kunnen optreden. Energie wordt uitgewisseld als warmte of in een andere vorm.

In thermodynamische termen wordt energie-uitwisseling gekenmerkt door potentiële energie, kinetische energie en thermische energie. Potentiële energie is de opgeslagen energie. Kinetische energie is de energie die een object tijdens het bewegen draagt. De energie van een systeem bestaat echter altijd in een van deze drie toestanden of in twee toestanden tegelijkertijd. Een stationair object kan bijvoorbeeld warmte uitwisselen met de omgeving. Dan heeft het zowel potentiële energie als thermische energie. Energie kan worden uitgewisseld of overgedragen als potentiële energie of kinetische energie. Maar soms kan potentiële energie worden omgezet in kinetische energie of kan het tegenovergestelde zich voordoen. Thermische energie of warmte wordt ook uitgewisseld tussen open systemen en hun omgeving.

Vanwege de mogelijkheid om materie uit te wisselen tussen open systeem en omgeving, varieert de interne massa van een open systeem met de tijd. Als er materie wordt toegevoegd, neemt de massa toe en als de materie wordt verwijderd, neemt de massa af.  

Figuur 1: Omdat de beker niet bedekt is, kunnen zowel energie als materie worden uitgewisseld met de omgeving. Dit is dus een open systeem.

Wat is een gesloten systeem?

Een gesloten systeem is een systeem waarbij alleen energie kan worden uitgewisseld, maar het maakt niet uit. Materie kan niet worden uitgewisseld in een gesloten systeem omdat materie deeltjes bevat die de grens van het systeem niet kunnen overschrijden. Maar energie wordt door deze grens geleid als fotonen omdat energie niet deeltjesvormig is. Daarom blijft de massa in een gesloten systeem constant omdat de materie niet kan worden verwijderd of toegevoegd. Maar energie kan meestal worden overgedragen als warmte of thermische energie.

Als bijvoorbeeld een warme kop water wordt afgedekt door een deksel op de bovenkant van de kop te plaatsen, kan stoom vanwege de deksel niet uit het systeem ontsnappen. De gasmoleculen in de lucht kunnen vanwege de deksel ook niet in de beker terechtkomen. Er is dus geen uitwisseling van materie. Maar als we na enige tijd het deksel aanraken, kunnen we voelen dat het warm is. De beker zal ook warm aanvoelen; dit geeft aan dat energie naar buiten komt als thermische energie. Als dit systeem lange tijd op een normale temperatuur wordt gehouden, kan worden opgemerkt dat de kop, het deksel of het water niet meer warm is. Dit komt omdat het systeem gedeelde warmte-energie met de omgeving heeft gedeeld totdat de temperatuur van het systeem gelijk wordt aan de temperatuur van de omgeving. Dit wordt een evenwicht genoemd.

Figuur 2: De overdekte pot is een voorbeeld van een gesloten systeem, omdat het vanwege de deksel geen materie kan uitwisselen met de omgeving.

Verschil tussen open en gesloten systemen

Definitie

Open systeem: Een open systeem is een thermodynamisch systeem waarbij energie en materie kunnen worden uitgewisseld met de omgeving.

Gesloten systeem: Een gesloten systeem is een thermodynamisch systeem waarbij energie kan worden uitgewisseld met de omgeving, maar het maakt niet uit.

Uitwisseling van materie

Open systeem: Open systemen kunnen materie uitwisselen met de omgeving.

Gesloten systeem: Gesloten systemen kunnen materie niet uitwisselen met de omgeving.

Interne mis

Open systeem: De massa van het systeem zal variëren met de tijd in open systemen.

Gesloten systeem: In gesloten systemen is de massa van het systeem constant.

Grenzen van het systeem

Open systeem: Open systemen hebben grenzen die niet gesloten zijn.

Gesloten systeem: De grens van een gesloten systeem is volledig gesloten.

Conclusie

Overal in de omgeving zijn er interacties tussen systemen en hun omgeving. Systemen kunnen worden geopend, gesloten of geïsoleerd. Het belangrijkste verschil tussen open en gesloten systeem is dat, in een open systeem, materie kan worden uitgewisseld met de omgeving, terwijl in een gesloten systeem materie niet kan worden uitgewisseld met de omgeving..

Referenties:

1. "Een systeem en zijn omgeving." Chemie LibreTexts. Libretexts, 21 juli 2016. Web. Beschikbaar Hier. 16 juni 2017.
2. "Open, gesloten en geïsoleerde systemen in de fysische chemie." Foundations of Physical Science. N.p., n.d. Web. Beschikbaar Hier. 16 juni 2017. 

Afbeelding met dank aan:

1. "345707" (Public Domain) via Pixabay
2. "coffee steam 2" door waferboard (CC BY 2.0) via Flickr