Sistema cerrado

Un sistema cerrado es un sistema físico natural que no permite la transferencia de materia dentro o fuera del sistema, aunque –en los contextos de la física, la química, la ingeniería, etc. – la transferencia de Se permite la energía (por ejemplo, como trabajo o calor).

Física

En mecánica clásica

En la mecánica clásica no relativista, un sistema cerrado es un sistema físico que no intercambia materia con su entorno y no está sujeto a ninguna fuerza neta cuya fuente sea externa al sistema. Un sistema cerrado en mecánica clásica equivaldría a un sistema aislado en termodinámica. Los sistemas cerrados se utilizan a menudo para limitar los factores que pueden afectar los resultados de un problema o experimento específico.

En termodinámica

En termodinámica, un sistema cerrado puede intercambiar energía (como calor o trabajo), pero no materia, con su entorno. Un sistema aislado no puede intercambiar calor, trabajo o materia con el entorno, mientras que un sistema abierto puede intercambiar energía y materia. (Este esquema de definición de términos no se usa de manera uniforme, aunque es conveniente para algunos propósitos. En particular, algunos escritores usan "sistema cerrado" donde aquí se usa "sistema aislado").

Para un sistema simple, con un solo tipo de partícula (átomo o molécula), un sistema cerrado equivale a un número constante de partículas. Sin embargo, para los sistemas que están experimentando una reacción química, el proceso de reacción puede generar y destruir todo tipo de moléculas. En este caso, el hecho de que el sistema sea cerrado se expresa afirmando que se conserva el número total de cada átomo elemental, sin importar de qué tipo de molécula forme parte. Matemáticamente:

.. j=1maijNj=bi{displaystyle sum _{j=1}{m}a_{ij}N_{j}=b_{i}

Donde Nj{displaystyle N_{j} es el número de moléculas tipo j, aij{displaystyle a_{ij} es el número de átomos de elemento i{displaystyle i} en molécula j{displaystyle j} y bi{displaystyle B_{i} es el número total de átomos de elemento i{displaystyle i} en el sistema, que permanece constante, ya que el sistema está cerrado. Habrá una ecuación para cada elemento diferente en el sistema.

En termodinámica, un sistema cerrado es importante para resolver problemas termodinámicos complicados. Permite eliminar algunos factores externos que podrían alterar los resultados del experimento o problema simplificándolo. Un sistema cerrado también se puede utilizar en situaciones donde se requiere equilibrio termodinámico para simplificar la situación.

En física cuántica

Esta ecuación, llamada ecuación de Schrödinger, describe el comportamiento de un sistema cuántico aislado o cerrado, es decir, por definición, un sistema que no intercambia información (es decir, energía y/o materia) con otro sistema. Entonces, si un sistema aislado está en algún estado puro |ψ(t) ∈ H en el tiempo t, donde H denota el espacio de Hilbert del sistema, la evolución temporal de este estado (entre dos mediciones consecutivas).

i▪ ▪ ∂ ∂ ∂ ∂ tΨ Ψ ()r,t)=H^ ^ Ψ Ψ ()r,t)¿Qué?

donde i es la unidad imaginaria, ħ es la constante de Planck dividida por 2π, el símbolo ∂/∂t indica una derivada parcial con respecto al tiempo t, Ψ (la letra griega psi) es la función de onda del sistema cuántico, y Ĥ es el operador hamiltoniano (que caracteriza la energía total de cualquier función de onda dada y toma diferentes formas dependiendo de la situación).

En química

En química, un sistema cerrado es aquel en el que no pueden escapar reactivos ni productos, sólo se puede intercambiar calor libremente (por ejemplo, un refrigerador con hielo). Se puede utilizar un sistema cerrado al realizar experimentos químicos donde la temperatura no es un factor (es decir, cuando se alcanza el equilibrio térmico).

En ingeniería

In an engineering context, a closed system is a bound system, i.s. defined, in which every input is known and every resultant is known (or can be known) within a specific time.