Hoofdverschil – Open vs Gesloten Systeem
Thermodynamica is een tak van de natuurkunde die de energieoverdracht tussen objecten en omgeving verklaart. Termen in de thermodynamica kunnen ook worden gebruikt om het chemisch gedrag van chemische stoffen te begrijpen. Systeem en omgeving zijn twee basistermen die in de thermodynamica worden gebruikt. Een systeem is een deel van het universum dat wordt bestudeerd en de omgeving is de rest van het universum buiten dat specifieke systeem. De rand van het systeem die het scheidt van de omgeving wordt grens genoemd. Systemen kunnen op drie manieren bestaan: open systemen, gesloten systemen en geïsoleerde systemen. Het belangrijkste verschil tussen open en gesloten systemen 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.
Belichte hoofdgebieden
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 de Belangrijkste Verschillen
Key Terms: 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. Zo kan bijvoorbeeld de aarde als een open systeem worden beschouwd. In dit geval is de aarde het systeem, en de ruimte is de omgeving. Zonlicht kan het aardoppervlak bereiken en we kunnen raketten naar de ruimte sturen. Zonlicht en raket kunnen worden uitgelegd als respectievelijk energie en materie.
Uitwisseling van materie tussen het open systeem en de omgeving vindt gemakkelijk plaats. Dit kan ook eenvoudig worden verklaard door materie toe te voegen of materie te verwijderen. Maar energie-uitwisseling is wat ingewikkelder, omdat energie in verschillende vormen kan worden uitgewisseld en er tijdens deze uitwisseling verschillende omzettingen kunnen plaatsvinden. 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 voorwerp in beweging draagt. De energie van een systeem bestaat echter altijd in één van deze drie toestanden of in twee toestanden tegelijk. Bijvoorbeeld, een stilstaand voorwerp kan 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 omgekeerde gebeuren. Thermische energie of warmte wordt ook uitgewisseld tussen open systemen en hun omgeving.
Door de mogelijkheid van uitwisseling van materie tussen open systeem en omgeving, varieert de interne massa van een open systeem met de tijd. Als er materie wordt toegevoegd, zal de massa toenemen en als er materie wordt verwijderd, zal de massa afnemen.
Figuur 1: Omdat de mok niet is afgedekt, 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 waarin alleen energie kan worden uitgewisseld, maar geen materie. 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 in de vorm van fotonen, omdat energie geen deeltjes is. Daarom blijft in een gesloten systeem de massa constant omdat de materie niet kan worden verwijderd of toegevoegd. Maar energie kan vooral worden overgedragen als warmte of thermische energie.
Bij voorbeeld, als een warme beker water wordt afgedekt door een deksel op de bovenkant van de beker te plaatsen, dan kan stoom niet uit het systeem ontsnappen door het deksel. De gasmoleculen in de lucht kunnen ook niet in de beker komen vanwege het deksel. 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 wijst erop dat er energie naar buiten komt in de vorm van thermische energie. Als dit systeem gedurende lange tijd op een normale temperatuur wordt gehouden, kan worden waargenomen dat het kopje, het dekseltje of het water niet langer warm zijn. Dit komt doordat het systeem warmte-energie heeft gedeeld met de omgeving totdat de temperatuur van het systeem gelijk is geworden aan de temperatuur van de omgeving. Dit wordt een evenwicht genoemd.
Figuur 2: De afgedekte pot is een voorbeeld van een gesloten systeem omdat het geen materie kan uitwisselen met de omgeving door het deksel.
Verschil tussen open en gesloten systemen
Definitie
Open systeem: Een open systeem is een thermodynamisch systeem waarin energie en materie kunnen worden uitgewisseld met de omgeving.
Gesloten systeem: Een gesloten systeem is een thermodynamisch systeem waar energie met de omgeving kan worden uitgewisseld, maar geen materie.
Materie-uitwisseling
Open systeem: Open systemen kunnen materie uitwisselen met de omgeving.
Gesloten systeem: Gesloten systemen kunnen geen materie uitwisselen met de omgeving.
Interne massa
Open systeem: De massa van het systeem varieert 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 zowel open, gesloten als geïsoleerd zijn. Het belangrijkste verschil tussen een open en een 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.