Différence principale – Système ouvert vs système fermé
La thermodynamique est une branche de la physique qui explique le transfert d’énergie entre les objets et l’environnement. Les termes de la thermodynamique peuvent également être utilisés pour comprendre le comportement chimique des espèces chimiques. Système et environnement sont deux termes de base utilisés en thermodynamique. Un système est une partie de l’univers qui est étudiée et l’environnement est le reste de l’univers autre que ce système particulier. La marge du système qui le sépare de son environnement est appelée frontière. Les systèmes peuvent exister de trois façons : les systèmes ouverts, les systèmes fermés et les systèmes isolés. La principale différence entre un système ouvert et un système fermé est que dans un système ouvert, la matière peut être échangée avec l’entourage alors que, dans un système fermé, la matière ne peut pas être échangée avec l’entourage.
Domaines clés couverts
1. Qu’est-ce qu’un système ouvert
– Définition, caractéristiques
2. Qu’est-ce qu’un système fermé
– Définition, caractéristiques
3. Quelle est la différence entre les systèmes ouverts et fermés
– Comparaison des principales différences
Termes clés : Énergie, Système d’énergie cinétique, Matière, Énergie potentielle, Entourage, Thermodynamique
Qu’est-ce qu’un système ouvert
Un système ouvert peut être défini comme un système qui peut échanger à la fois de la matière et de l’énergie avec l’entourage. Par exemple, la terre peut être reconnue comme un système ouvert. Dans ce cas, la terre est le système, et l’espace est l’environnement. La lumière du soleil peut atteindre la surface de la terre et nous pouvons envoyer des fusées dans l’espace. La lumière du soleil et la fusée peuvent être expliquées comme de l’énergie et de la matière, respectivement.
L’échange de matière entre le système ouvert et l’environnement se produit facilement. Cela peut aussi être facilement expliqué en ajoutant de la matière ou en enlevant de la matière. Mais l’échange d’énergie est un peu plus compliqué car l’énergie peut être échangée sous différentes formes et différentes conversions peuvent se produire au cours de cet échange. L’énergie est échangée sous forme de chaleur ou sous toute autre forme.
En termes thermodynamiques, l’échange d’énergie est caractérisé par l’énergie potentielle, l’énergie cinétique et l’énergie thermique. L’énergie potentielle est l’énergie stockée. L’énergie cinétique est l’énergie transportée par un objet en mouvement. Cependant, l’énergie d’un système existe toujours dans l’un de ces trois états ou dans deux états en même temps. Par exemple, un objet immobile peut échanger de la chaleur avec son environnement. Il possède alors à la fois une énergie potentielle et une énergie thermique. L’énergie peut être échangée ou transférée sous forme d’énergie potentielle ou d’énergie cinétique. Mais parfois, l’énergie potentielle peut être convertie en énergie cinétique ou l’inverse peut se produire. L’énergie thermique ou la chaleur est également échangée entre les systèmes ouverts et leur environnement.
En raison de la capacité d’échange de matière entre le système ouvert et l’environnement, la masse interne d’un système ouvert varie avec le temps. Si de la matière est ajoutée, la masse augmente et si de la matière est retirée, la masse diminue.
Figure 1 : Comme la tasse n’est pas couverte, l’énergie et la matière peuvent être échangées avec l’environnement. Il s’agit donc d’un système ouvert.
Qu’est-ce qu’un système fermé
Un système fermé est un système où seule l’énergie peut être échangée mais pas la matière. La matière ne peut pas être échangée dans un système fermé car la matière contient des particules qui ne peuvent pas traverser la frontière du système. Mais l’énergie passe cette frontière sous forme de photons car l’énergie n’est pas particulaire. Par conséquent, dans un système fermé, la masse reste constante car la matière ne peut être ni retirée ni ajoutée. Mais l’énergie peut être transférée principalement sous forme de chaleur ou d’énergie thermique.
Par exemple, si une tasse d’eau chaude est couverte en plaçant un couvercle sur le dessus de la tasse, alors la vapeur ne peut pas s’échapper du système à cause du couvercle. Les molécules de gaz présentes dans l’air ne peuvent pas non plus entrer dans la tasse à cause du couvercle. Il n’y a donc pas d’échange de matière. Mais si nous touchons le couvercle après un certain temps, nous pouvons sentir qu’il est chaud. Le gobelet sera également chaud, ce qui indique que de l’énergie provient de l’extérieur sous forme d’énergie thermique. Si ce système est maintenu à une température normale pendant une longue période, on peut observer que la tasse, le couvercle ou l’eau ne sont plus chauds. Cela est dû au fait que le système a partagé l’énergie thermique avec l’environnement jusqu’à ce que la température du système devienne égale à la température de l’environnement. C’est ce qu’on appelle un équilibre.
Figure 2 : Le pot couvert est un exemple de système fermé car il ne peut pas échanger de matière avec l’environnement à cause du couvercle.
Différence entre les systèmes ouverts et fermés
Définition
Système ouvert : Un système ouvert est un système thermodynamique où l’énergie et la matière peuvent être échangées avec son environnement.
Système fermé : Un système fermé est un système thermodynamique où l’énergie peut être échangée avec son environnement mais pas la matière.
Echange de matière
Système ouvert : Les systèmes ouverts peuvent échanger de la matière avec ce qui les entoure.
Système fermé : Les systèmes fermés ne peuvent pas échanger de la matière avec l’entourage.
Masse interne
Système ouvert : La masse du système varie avec le temps dans les systèmes ouverts.
Système fermé : Dans les systèmes fermés, la masse du système est constante.
La frontière du système
Système ouvert : Les systèmes ouverts ont des frontières qui ne sont pas fermées.
Système fermé : La frontière d’un système fermé est complètement fermée.
Conclusion
Partout dans l’environnement, il existe des interactions entre les systèmes et leur environnement. Les systèmes peuvent être soit ouverts, soit fermés, soit isolés. La principale différence entre un système ouvert et un système fermé est que, dans un système ouvert, la matière peut être échangée avec l’environnement alors que, dans un système fermé, la matière ne peut pas être échangée avec l’environnement.