Se denomina sistema o sistema termodinámico a cualquier conjunto de objetos que resulta conveniente considerar como una unidad y que puede intercambiar energía con el entorno.
De esta manera, el estudio de los fenómenos que ocurren en un sistema termodinámico pueden reducirse al análisis de una serie de variables más o menos simples.
Obedeciendo al grado de aislación que estos sistemas presenten respecto a su entorno, es posible reconocer tres tipos distintos:
- Sistemas abiertos. Son los más predominantes de todos, se caracterizan por intercambiar energía y/o materia con el entorno que los rodea, ya sea tomándola hacia él y/o expulsándola.
- Sistemas cerrados. Intercambian energía (calor, trabajo) con el exterior, pero nunca materia (su masa permanece intacta).
- Sistemas aislados. No intercambian ni energía ni materia de ningún tipo con su entorno, se los considera sistemas desconectados de las dinámicas a su alrededor. No existen realmente en el universo los sistemas totalmente aislados, por lo que se consideran casos de abstracción en períodos determinados de tiempo. Se suponen en equilibrio termodinámico.
- Ver además: Biomasa
Ejemplos de sistemas abiertos
- El cuerpo humano. Al estar necesitado de materia para obtener energía, el cuerpo es un sistema abierto que requiere del intercambio con el ambiente de insumos orgánicos e inorgánicos y de energía para su funcionamiento.
- Una olla de agua hirviendo. La energía introducida al sistema por el fuego transforma el agua en gas, que es liberado al ambiente.
- Una hoguera. Para mantener el fuego ardiendo es necesario proveer a la hoguera de material inflamable, por ejemplo carbón o ramas secas. Sin esa materia que consumir, el fuego se apagará.
- Un motor a combustión. Los motores son sistemas complejos que generan movimiento a partir de un suministro constante de combustible: gasolina, gasoil, etc.
- Las mayoría de las plantas. Las plantas requieren de materia para su subsistencia (en forma de agua y nutrientes) y de energía (solar) para llevar a cabo la fotosíntesis vital.
- Un compostero. El proceso de compost que produce abono para fertilizar sembradíos opera en base a la introducción constante en el compostero de materia orgánica de desecho: cáscaras, restos de comida, etc. Sin ellos, los procesos de degradación de la materia se detendrían y también la producción del abono.
- Los saunas. Para producir el vapor contenido en los saunas, se requiere de agua (materia) y energía (fuego) para producir el vapor de agua y permitir que se acumule en el recinto cerrado. Después de un período, el vapor desaparecerá y se necesitará una nueva inyección de insumos al sistema.
- Un reactor nuclear. La electricidad generada por el reactor es producto de la fisión del uranio (u otros elementos) en una reacción atómica controlada que permite generar mucha energía aprovechable, pero también desechos tóxicos que deben ir a dar a algún lugar del entorno.
Ejemplos de sistemas cerrados
- Una botella de agua fría expuesta a temperatura ambiente. Al estar cerrada la botella, la transferencia de materia entre el sistema y el entorno es imposible: no puede entrar ni salir líquido. Sin embargo, es posible intercambiar energía: el agua se irá calentando gradualmente.
- Un termómetro. Ya que está cerrado herméticamente, el contenido de un termómetro no varía jamás, pero sí reacciona de acuerdo a la temperatura que percibe, es decir, es sensible a la entrada de calor (energía).
- El Sol. Si se desprecia la materia que transforma en energía, el sol es un ejemplo de sistema cerrado, que no intercambia materia con su entorno, pero sí energía (radiación solar, luz solar, calor).
- El planeta tierra. La Tierra opera sin intercambios de materia con respecto al vacío que la circunda o a los demás planetas y objetos celestes, pero recibe energía solar constantemente, sin la cual la vida sería poco probable.
- Un envase con comida caliente. Cerrado de manera hermética, el envase impedirá que la materia en su interior salga o que entre nada hacia ella, pero incluso así irradiará el calor de la comida hacia afuera.
- Los televisores. Estos artefactos funcionan a partir del consumo de energía eléctrica, para emitir luz de diversos tipos y modulaciones, junto con ondas sonoras, al medio externo. Pero no requieren de inyección de materia, ni la masa en su interior es alterada.
- Las ollas de presión. No permiten el escape de los gases generados en su interior para que actúen sobre la comida cocinándose. Por eso, las ollas de presión actúan como sistemas cerrados que impiden el escape de la materia, pero no de la energía que sale como calor ni de la necesaria para iniciar la cocción, también proveniente del exterior.
Ejemplos de sistemas aislados
- Una caja fuerte. El contenido en las cajas fuertes está separado por gruesas capas herméticas de metal de su entorno, aislado de la materia y de la energía, al menos en condiciones normales: si la arrojamos a un volcán es seguro que se derrita y se incinere su contenido.
- Los trajes de neopreno. El uso de estos trajes protege durante un período de tiempo del intercambio calórico entre el agua y el cuerpo, e impide que ésta (materia) penetre a su interior.
- Los termos. Durante cierto tiempo, los termos logran aislar el calor contenido en su interior y evitar la fuga y entrada de energía y materia.
- Una cavatérmica. Las cavas operan en base a la reducción extrema de la entrada de calor, manteniendo su contenido frío durante un período determinado. Una vez superado ese rango de tiempo, el contenido empezará a calentarse.
- Los iglúes de los esquimales. Están diseñados de tal manera que no ingresa ni egresa calor ni materia.
- Una bombona de gas. Contenido a presión en su interior, el gas está aislado de la materia y la energía a su alrededor en condiciones normales ya que es posible que el calentamiento de la bombona obligue el gas a expandirse y ocurra una tragedia.
- El universo. El universo es un sistema aislado ya que nada entra ni sale de él, ni materia ni energía.
- Los alimentos enlatados. En condiciones normales, estos alimentos se encuentran lejos de cualquier intercambio de materia o de energía. Claro que sería posible someter la lata a calentamiento o enfriamiento, e incluso fundirla en temperaturas extremas, pero incluso así durante unos (breves) instantes la comida estará aislada por completo del calor.
- Una cámara hiperbárica. Útiles para aislar de las condiciones atmosféricas a los buzos con burbujas de nitrógeno en la sangre, las cámaras hiperbáricas no permiten el intercambio de materia ni de energía, o al menos no en cantidades apreciables y significativas.
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