Klíčový rozdíl mezi izolovaným systémem a uzavřeným systémem je v tom, že izolované systémy si nemohou vyměňovat hmotu i energii s okolím, ale i když uzavřené systémy také nemohou vyměňovat hmotu s okolím, mohou si vyměňovat energii.
Pro snazší studium chemie rozdělujeme vesmír na dvě části. Část, kterou budeme studovat, je „systém“a zbytek je „okolí“. Systémem může být například organismus, reakční nádoba nebo dokonce jedna buňka. Existuje hranice mezi systémem a okolím. Hranice definuje rozsah systému. Někdy se hmota a energie vyměňují přes tyto hranice. Dále můžeme systém rozdělit do dvou kategorií; jsou to otevřený systém a uzavřený systém. Izolovaný systém je formou uzavřeného systému.
Co je izolovaný systém?
Izolovaný systém je formou uzavřeného systému. Od uzavřeného systému se však liší tím, že nemá mechanický ani tepelný kontakt s okolím. To znamená; izolované systémy si nemohou vyměňovat hmotu i energii s okolím. Dále tyto systémy dosáhnou termodynamické rovnováhy s časem vyrovnáním tlaku, teploty nebo jiných parametrů.
Prakticky izolovaný systém neexistuje, protože všechny věci spolu určitým způsobem interagují. Celý vesmír však můžeme považovat za izolovaný systém, uvážíme-li, že nedochází k přenosu hmoty a energie mimo vesmír. Teoreticky je to užitečné při konstrukci modelů. Například první a druhý termodynamický zákon popisují izolovaný systém.
Obrázek 01: Porovnání izolovaného systému s otevřeným a uzavřeným systémem
První zákon termodynamiky říká, že „vnitřní energie izolovaného systému je konstantní“. Druhý termodynamický zákon říká, že „entropie izolovaného systému se zvyšuje v průběhu spontánního procesu“. Tento zákon však platí pouze pro izolované systémy. V izolovaném systému se entropie časem zvýší a dosáhne maximální hodnoty v rovnováze. Stručně řečeno, celková energie těchto systémů se nikdy nemůže zvýšit. Entropie se tedy nikdy nemůže snížit.
Co je uzavřený systém?
V uzavřeném systému nemůže hmota projít hranicí. Hmota uvnitř uzavřeného systému je tedy vždy stejná. V tomto typu systému však dochází k výměně energie s okolím. Například, když dojde k reakci, systém se může roztáhnout nebo může přenést energii do okolí, pokud má nižší teplotu.
Obrázek 02: Systém a jeho okolí oddělené Hranicí
Příklad: Přikryjeme-li horní část teplého šálku čaje víkem, stane se z něj uzavřený systém. Tam pára nemůže uniknout ze systému. Také molekuly plynu v okolí nemohou vstoupit do systému. Nedochází tedy k výměně hmoty. Teplo čaje se však vyměňuje s okolím. Teplo ucítíme, když se dotkneme víčka hrnečku. Energie tedy přichází ven jako tepelná energie. Tam systém dosáhne rovnováhy s okolím, když se teplota uvnitř a vně systému vyrovná.
Jaký je rozdíl mezi izolovaným systémem a uzavřeným systémem?
Hranice odděluje systém a jeho okolí. Systém můžeme pojmenovat buď jako otevřený nebo uzavřený systém v závislosti na výměně hmoty a energie přes tuto hranici. Izolovaný systém je také formou uzavřeného systému. Klíčový rozdíl mezi izolovaným systémem a uzavřeným systémem je v tom, že izolované systémy si nemohou vyměňovat hmotu i energii s okolím, ale ačkoliv uzavřené systémy nemohou vyměňovat hmotu s okolím, mohou si vyměňovat energii.
Jako další důležitý rozdíl mezi izolovaným systémem a uzavřeným systémem můžeme říci, že entropie izolovaného systému se nikdy nemůže snížit, zatímco entropie uzavřeného systému se může snížit. Izolované systémy jsou navíc teoretické; to znamená, že tyto systémy ve skutečnosti neexistují. Uzavřené systémy však ve skutečnosti existují.
Shrnutí – izolovaný systém vs. uzavřený systém
Systémy jsou dvou typů; jsou to otevřený systém a uzavřený systém. Izolované systémy jsou také typem uzavřeného systému. Mezi nimi je však jen málo rozdílů. Klíčový rozdíl mezi izolovaným systémem a uzavřeným systémem je v tom, že izolované systémy si nemohou vyměňovat hmotu i energii s okolím, ale i když uzavřené systémy také nemohou vyměňovat hmotu s okolím, mohou si vyměňovat energii.
