Sự khác biệt cơ bản giữa hệ thống cô lập và hệ thống kín là các hệ thống cô lập không thể trao đổi cả vật chất và năng lượng với xung quanh, nhưng mặc dù hệ thống kín cũng không thể trao đổi vật chất với xung quanh, nó có thể trao đổi năng lượng.
Để thuận tiện cho việc nghiên cứu hóa học, chúng tôi chia vũ trụ thành hai phần. Phần chúng ta sẽ nghiên cứu là “hệ thống”, và phần còn lại là “xung quanh”. Ví dụ, một hệ thống có thể là một sinh vật, một bình phản ứng hoặc thậm chí là một tế bào đơn lẻ. Có một ranh giới giữa một hệ thống và xung quanh. Ranh giới xác định phạm vi của hệ thống. Đôi khi, vật chất và năng lượng trao đổi qua những ranh giới này. Hơn nữa, chúng ta có thể phân loại một hệ thống thành hai loại; chúng là hệ thống mở và hệ thống đóng. Hệ thống cô lập là một dạng của hệ thống khép kín.
Hệ thống Biệt lập là gì?
Hệ thống cô lập là một dạng của hệ thống khép kín. Nhưng, nó khác với một hệ thống kín vì nó không có tiếp xúc cơ học và nhiệt với xung quanh. Điều đó có nghĩa là; các hệ thống cô lập không thể trao đổi cả vật chất và năng lượng với xung quanh. Hơn nữa, các hệ thống này đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt động lực học theo thời gian, bằng cách cân bằng áp suất, nhiệt độ hoặc các thông số khác.
Trên thực tế, một hệ thống biệt lập không tồn tại bởi vì tất cả mọi thứ đều tương tác với nhau theo những cách nhất định. Tuy nhiên, chúng ta có thể coi toàn bộ vũ trụ như một hệ thống cô lập, coi như không có sự chuyển giao vật chất và năng lượng ra bên ngoài vũ trụ. Về mặt lý thuyết, điều này rất hữu ích khi xây dựng các mô hình. Ví dụ, định luật nhiệt động lực học thứ nhất và thứ hai mô tả một hệ cô lập.
Hình 01: So sánh Hệ thống Cô lập với Hệ thống Đóng và Mở
Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học phát biểu rằng "nội năng của một hệ cô lập là không đổi." Định luật thứ hai của nhiệt động lực học nói rằng "entropy của một hệ cô lập tăng lên trong quá trình tự phát." Tuy nhiên, định luật này chỉ đúng với các hệ thống cô lập. Entropy sẽ tăng theo thời gian trong một hệ cô lập và sẽ đạt giá trị lớn nhất tại trạng thái cân bằng. Tóm lại, năng lượng tổng thể của các hệ thống này không bao giờ có thể tăng lên. Do đó, entropy không bao giờ có thể giảm.
Hệ thống đóng là gì?
Trong một hệ thống khép kín, vật chất không thể đi qua ranh giới. Do đó, vật chất bên trong một hệ thống kín luôn giống nhau. Tuy nhiên, trong loại hệ thống này, năng lượng trao đổi với xung quanh. Ví dụ, khi một phản ứng xảy ra, hệ thống có thể giãn nở hoặc nó có thể truyền năng lượng ra xung quanh nếu nó ở nhiệt độ thấp hơn.
Hình 02: Một Hệ thống và xung quanh của nó được ngăn cách bởi một Ranh giới
Ví dụ: Nếu chúng ta đậy nắp ấm của tách trà bằng nắp, thì nó sẽ trở thành một hệ thống kín. Ở đó, hơi nước không thể thoát ra khỏi hệ thống. Ngoài ra, các phân tử khí xung quanh không thể xâm nhập vào hệ thống. Do đó, không có sự trao đổi vật chất. Tuy nhiên, sức nóng của trà trao đổi với xung quanh. Chúng ta có thể cảm nhận được sức nóng nếu chạm vào nắp cốc. Do đó năng lượng đi ra bên ngoài dưới dạng nhiệt năng. Ở đó, hệ thống đạt được trạng thái cân bằng với xung quanh khi nhiệt độ bên trong và bên ngoài hệ thống trở nên bằng nhau.
Sự khác biệt giữa Hệ thống Cô lập và Hệ thống Đóng là gì?
Một ranh giới ngăn cách một hệ thống và xung quanh nó. Chúng ta có thể đặt tên cho một hệ thống là hệ thống mở hoặc hệ thống đóng tùy thuộc vào sự trao đổi vật chất và năng lượng qua ranh giới này. Hệ thống cô lập cũng là một dạng của hệ thống đóng. Sự khác biệt cơ bản giữa hệ thống cô lập và hệ thống kín là các hệ thống cô lập không thể trao đổi cả vật chất và năng lượng với xung quanh, nhưng mặc dù hệ thống kín không thể trao đổi vật chất với xung quanh, nó có thể trao đổi năng lượng.
Là một sự khác biệt quan trọng khác giữa hệ thống cô lập và hệ thống đóng, chúng ta có thể nói rằng entropy của một hệ thống cô lập không bao giờ có thể giảm trong khi entropy của một hệ thống kín có thể giảm. Hơn nữa, các hệ thống cô lập là lý thuyết; điều đó có nghĩa là, những hệ thống này không tồn tại trong thực tế. Tuy nhiên, thực tế vẫn tồn tại các hệ thống khép kín.
Tóm tắt - Hệ thống Cô lập và Hệ thống Đóng
Hệ thống có hai loại; chúng là hệ thống mở và hệ thống đóng. Hệ thống biệt lập cũng là một loại hệ thống khép kín. Tuy nhiên, có rất ít sự khác biệt giữa chúng. Sự khác biệt chính giữa hệ thống cô lập và hệ thống kín là các hệ thống cô lập không thể trao đổi cả vật chất và năng lượng với xung quanh, nhưng mặc dù hệ thống kín cũng không thể trao đổi vật chất với xung quanh, nó có thể trao đổi năng lượng.
