Sistemas abiertos y cerrados: Definición y ejemplos
¿Qué es un sistema?
Los sistemas son extremadamente importantes en la ciencia, especialmente los sistemas físicos. Son una forma de concentrarse en exactamente lo que realmente le interesa y de ayudar a simplificar la situación. Pero antes de entrar en los detalles de cómo funciona, primero debemos hacer la pregunta… ¿Qué es exactamente un sistema físico?
Un sistema físico, en general, es un conjunto de partes conectadas que juntas forman un todo cohesivo. Son las partes que trabajan juntas para hacer un trabajo o las partes que simplemente están conectadas entre sí porque están en contacto entre sí. Un sistema físico es la parte del mundo en la que se está enfocando y tratando de explicar.
Por ejemplo, digamos que está estudiando el movimiento del péndulo en un reloj de pie. ¿Estás mirando el movimiento del péndulo en sí mismo? ¿Estás interesado en la cuerda también? ¿Qué pasa con el lugar donde la cuerda se conecta al reloj? ¿Exactamente qué parte estás estudiando? Decidir eso podría marcar una gran diferencia en cuanto a lo complicados que serán los resultados. Cuanto más grande es el sistema, más complejo tiende a ser. Cuando toma la decisión sobre en qué enfocarse, decimos que está definiendo el sistema.
Sistemas abiertos frente a sistemas cerrados
Los sistemas pueden ser abiertos o cerrados. Un sistema cerrado es aquel en el que una cantidad o una serie de cantidades no pueden entrar o salir del sistema. Por ejemplo, un sistema puede estar cerrado a la energía, lo que significa que es posible que la energía no pueda entrar o salir del sistema. Un termo de vacío hace un muy buen trabajo al evitar que la energía salga del sistema para mantener la bebida caliente. Por lo tanto, podría tener sentido tratarlo como un sistema cerrado, pero ningún sistema en el mundo real está perfectamente cerrado, por lo que solo será una aproximación.
Lo contrario de un sistema cerrado es un sistema abierto. Un sistema abierto es aquel en el que una cantidad o una serie de cantidades pueden entrar o salir del sistema en un grado significativo. Si vierte su bebida caliente en una taza en lugar de un termo de vacío, el calor se escapará relativamente rápido a su entorno. ¡Así que una taza es sin duda un sistema abierto! Los sistemas abiertos son mucho más complicados de entender que los sistemas cerrados, por lo que los científicos prefieren trabajar con sistemas cerrados cuando sea posible. Hace las cosas mucho más sencillas de explicar y puede ser un buen punto de partida antes de intentar explicar los sistemas abiertos también.
Ejemplo
Uno de los lugares donde los científicos analizan más sistemas cerrados es cuando trabajan en termodinámica o en el estudio del movimiento de la energía térmica. Una de las leyes de la termodinámica dice que el calor solo puede viajar de lugares calientes a lugares fríos a menos que hagas algún tipo de “trabajo” para detenerlo. Entonces, si pones un objeto caliente en contacto con uno frío, el calor se transferirá del caliente al frío.
Si el sistema es un sistema cerrado, podríamos decir que el calor ganado por el objeto frío es igual al calor perdido por el caliente, lo que a veces también se denomina sistema aislado porque es un sistema desconectado de todo lo demás. Pero en el mundo real, este no es realmente el caso. En un sistema abierto, el calor también se perderá en el entorno. Esto también nos dice que ningún motor puede ser perfectamente eficiente; todos desperdician algo de energía y pierden calor en su entorno.
Resumen de la lección
Un sistema físico es un conjunto de partes que están conectadas entre sí o en contacto entre sí. Cuando analizamos una situación en la ciencia, es importante definir el sistema que estamos viendo. Dependiendo de qué objeto u objetos llame a su sistema, su estudio puede resultar simple o complejo. Un sistema cerrado es aquel en el que una cantidad o varias cantidades no pueden entrar o salir del sistema, que también se puede describir como un sistema aislado (uno que está desconectado de todo lo demás). Un sistema abierto , por otro lado, es aquel en el que una cantidad o varias cantidades pueden entrar o salir del sistema.
La termodinámica, o el estudio del movimiento del calor, es un ejemplo de una parte de la física donde los sistemas se utilizan mucho. Un sistema cerrado en termodinámica es aquel en el que el calor queda atrapado dentro del sistema, como vimos en el ejemplo del termo de vacío. Los sistemas cerrados son mucho más sencillos de entender que los sistemas abiertos, pero ningún sistema en el mundo real está perfectamente cerrado. Es solo una forma de simplificar las cosas y facilitar su comprensión y análisis.
Los dos tipos de sistemas físicos
Abierto | Cerrado |
---|---|
Un sistema físico donde una cantidad o múltiples cantidades pueden entrar o salir del sistema. | También llamado sistema aislado. Una cantidad o varias cantidades no pueden entrar o salir del sistema. |
Los resultados del aprendizaje
Cuando haya terminado, debería poder:
- Indique qué es un sistema físico
- Comparar y contrastar sistemas abiertos y cerrados
- Indique un ejemplo de un sistema abierto y cerrado.
- Comprender que ningún sistema en el mundo real está perfectamente cerrado.
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