UNE système thermodynamique ou substance active est une partie de l'univers qui est choisie pour être étudiée par thermodynamique. C'est une définition très large, car un système thermodynamique peut être vaste comme une galaxie ou il peut s'agir d'une petite quantité de gaz contenue dans un cylindre..
Tout ce qui entoure le système thermodynamique, y compris la masse et l'espace, est son environnement ou son environnement. Il ne s'agit pas du reste de l'univers, mais seulement de l'environnement capable d'affecter le système.
Dans un système thermodynamique, l'échange de masse ou d'énergie entre le système et l'environnement est possible, selon le type de système, étant l'environnement où se trouvent les observateurs qui l'étudient.
Dans l'analyse d'un système thermodynamique, il est important d'établir le limites (frontières ou murs), qui peuvent être fixes ou mobiles. Un bocal en verre ou en métal a des parois fixes, mais un piston ou un piston a des parois mobiles..
En tant que telle, la frontière peut être une surface réelle ou imaginaire, mais idéalement, elle a une épaisseur nulle, une certaine rigidité et d'autres caractéristiques qui sont décrites mathématiquement..
Les frontières imaginaires sont nécessaires pour étudier des systèmes qui font eux-mêmes partie de systèmes beaucoup plus vastes, comme une étoile dans une nébuleuse..
Les échanges thermiques entre le système et son environnement, le cas échéant, sont les principaux objectifs de la thermodynamique. C'est pourquoi un nom particulier est donné aux murs qui permettent l'échange: adiabatiques, tandis que ceux qui ne le permettent pas et isolent le système sont diathermiques..
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Il existe différents types de systèmes thermodynamiques, classés en fonction de leur capacité à échanger matière et énergie avec l'environnement, de cette manière nous avons:
L'échange de matière et d'énergie avec l'extérieur est autorisé, c'est pourquoi ils sont également appelés contrôler le volume.
De nombreux systèmes en ingénierie sont modélisés de cette manière, par exemple les chauffe-eau domestiques et les radiateurs de voiture..
Ils sont également connus sous le nom de masse de contrôle et se caractérisent par l'absence d'échange de matière avec l'environnement. Par conséquent, sa masse est fixe, mais l'énergie peut franchir sa limite, soit sous forme de chaleur, soit sous forme de travail. De cette façon, le volume du système peut varier.
Ce sont des systèmes fermés dans lesquels l'échange de chaleur, de travail ou de toute forme d'énergie avec l'environnement est empêché.
Les systèmes décrits ont été classés en fonction de leur capacité à échanger avec l'environnement, mais ce n'est pas le seul critère. Les systèmes thermodynamiques peuvent également être homogènes et hétérogènes.
Les substances pures sont de bons exemples de systèmes homogènes, comme le sel de table stocké dans la salière. Au contraire, une combinaison d'eau liquide et de vapeur d'eau est un système hétérogène, car il s'agit de deux états différents, dont les propriétés diffèrent.
Comme nous l'avons vu, les systèmes thermodynamiques vont du plus simple au plus complexe. Cependant, lors de leur étude, il convient de les définir soigneusement et d'essayer de trouver tous les moyens de simplifier l'analyse..
Voyons quelques exemples de systèmes réels qui nous accompagnent au quotidien:
C'est un système thermodynamique très simple et illustratif, et aussi un bon moyen de préparer les aliments. Le contenu du récipient, qu'il s'agisse d'œufs, d'un mélange pour un flan ou d'une préparation quelconque, est le système thermodynamique, tandis que le bain-marie constitue l'environnement ou l'environnement.
Lors du chauffage de l'eau, la chaleur pénètre dans le système à travers la limite du conteneur.
La rapidité de cuisson des aliments dépend de plusieurs facteurs, dont l'un est le matériau de la casserole: qu'elle soit en céramique ou en métal. Nous savons que le métal est un bon conducteur de chaleur, nous nous attendons donc à ce que le contenu chauffe rapidement si un pot en acier ou en aluminium est utilisé..
Au lieu de chauffer le système, vous voudrez peut-être refroidir, par exemple réchauffer un biberon de lait pour bébé qui a surchauffé. Dans ce cas, le système transfère la chaleur au bain-marie.
La cuisine est un excellent endroit pour trouver des processus thermodynamiques. Une sauce, un poulet ou un autre aliment cuit dans une poêle ouverte est un exemple de système ouvert, puisque toutes sortes d'échanges avec l'environnement y sont autorisés: ajout d'assaisonnements, d'autres ingrédients et modification de la chaleur ajoutée..
Dans le moteur à combustion interne des voitures, des motos, des avions et des bateaux, il y a un mélange de gaz (air) et de carburant qui est préparé dans le carburateur et est amené au cylindre, où, par l'effet de la combustion, il devient un mélange de gaz divers.
Comme la composition du mélange varie tout au long du cycle de travail, il s'agit d'un système thermodynamique complexe et hétérogène.
Le café ou le thé reste chaud plus longtemps dans un thermos. C'est un récipient avec des parois isolantes, précisément pour empêcher notre système - la boisson chaude - de céder sa chaleur à l'environnement et de le refroidir.
En fait, un thermos sont deux conteneurs, entre lesquels un vide partiel est effectué pour éviter la présence d'un milieu tel que l'air, qui aide à conduire la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur du conteneur..
Bien sûr, le thermos fonctionne également à l'envers, il sert à garder les boissons froides plus longtemps.
Les œufs que nous consommons comme nourriture sont d'excellents exemples de systèmes thermodynamiques fermés, mais ils permettent l'échange d'énergie avec l'environnement. La coquille d'œuf permet à la chaleur de la poule de faire éclore l'embryon, ainsi que le passage des gaz.
La cellule est l'unité fondamentale des êtres vivants et est un système thermodynamique merveilleusement efficace. Par extension, tout être vivant peut également être considéré comme un système thermodynamique complexe.
La membrane cellulaire qui tapisse les structures internes telles que le noyau et les mitochondries est la frontière entre le système et l'environnement. Cela permet l'échange d'énergie, l'arrivée de nutriments de l'extérieur et la sortie des déchets.
Les aliments en conserve sont des exemples typiques de systèmes thermodynamiques fermés.
L'eau à l'intérieur du radiateur est un système thermodynamique ouvert, car il est nécessaire de permettre à la chaleur d'atteindre l'eau, généralement à partir d'une résistance électrique qui est chauffée, si le radiateur est électrique, ou grâce à l'énergie solaire ou à la flamme qui provient d'un briquet. gaz.
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