Sistema abierto, sistema cerrado y sistema aislado


Los sistemas termodinámicos se clasifican en abiertos, cerrados o aislados. El sistema abierto es aquel donde energía y materia pueden entrar o salir del sistema. El sistema cerrado es aquel donde hay transferencia únicamente de energía. El sistema aislado no permite ni la entrada ni la salida de energía o materia.

En termodinámica, un sistema es la parte o porción del Universo que esta siendo estudiada. El sistema típicamente consiste de una cantidad específica de sustancia(s) química(s) o materia dentro de unos límites definidos. Todo lo que se encuentra fuera de los límites del sistema se clasifica como alrededores. Un sistema puede ser la Tierra o un recipiente con agua en la mesa de la cocina.

Sistema abierto Sistema cerrado Sistema aislado
Definición Sistema termodinámico donde hay intercambio de energía y materia con los alrededores. Sistema termodinámico donde hay intercambio de energía con los alrededores. Sistema termodinámico donde no hay intercambio de energía o materia con los alrededores.
Energía Entra o sale. Entra o sale. Ni entra ni sale.
Materia Hay intercambio de materia con los alrededores. No hay intercambio de materia con los alrededores. No hay intercambio de materia con los alrededores.
Ejemplos La Tierra, una olla descubierta con agua hirviendo, la célula. Una botella con agua dentro del frigorífico, Un termo cerrado.

¿Qué es sistema abierto?

Un sistema abierto es un sistema termodinámico donde se produce la entrada y salida de materia y energía desde y hacia los alrededores. Por ejemplo, la Tierra es un sistema abierto pues entra energía radiante proveniente del Sol y material como meteoritos y gases, y salen de la Tierra satélites artificiales, gases y radiaciones.

Intercambio de energía en un sistema abierto

Un sistema abierto puede intercambiar energía con sus alrededores a través de dos formas: trabajo y calor. El trabajo viene dado por el movimiento de un objeto realizado por una fuerza. El calor viene dado por la transferencia de energía térmica.

Ejemplos de sistema abierto

La Tierra

sistema abierto
La Tierra vista desde la Estación Espacial Internacional.

Si la Tierra fuera un sistema aislado, no sería posible la vida, pues ella depende de la energía del Sol y de la materia proveniente del espacio exterior.

El cuerpo humano

sistema abierto
El cuerpo humano como un sistema termodinámico es abierto.

Para poder vivir, los humanos requerimos de matera y energía, que la obtenemos de los alimentos. Además, también liberamos energía, en forma de calor y trabajo, y materia, como los desechos biológicos, el sudor y la respiración.

¿Qué es sistema cerrado?

Un sistema cerrado es un sistema termodinámico donde se produce la entrada y salida de energía desde y hacia los alrededores. En este caso, la materia o sustancias contenidas en el sistema no varían en cantidad.

Un ejemplo muy simple es cuando colocamos una tapa a una olla mientras se cocina la sopa. Al calentar la olla estamos proporcionando energía térmica, mientras que lo contenido dentro de la olla no puede salir y el agua se condensa en las paredes de la misma.

Ejemplos de sistema cerrado

Sistema cerrado
Los jardines en frascos son ejemplos de sistemas cerrados.

Un ejemplo de sistema cerrado es el de los jardines sellados en vidrios. Podemos hacer crecer un minijardín dentro de un frasco sellado: las plantas autótrofas sólo requieren de la energía radiante para producir la fotosíntesis. El aire y el agua dentro del frasco no entran ni salen.

De hecho, este tipo de sistema se uso con frecuencia en los largos viajes a través del mundo en la época de la colonización, para transportar plantas.

¿Qué es sistema aislado?

Un sistema aislado es un sistema termodinámico donde no se produce entrada y/o salida de materia y energía desde y hacia los alrededores. Esta en realidad es una condición idealizada, lo más cercano que conocemos de un sistema aislado es un termo cerrado o una jarra Dewar. Las paredes aislantes del termo mantienen las sustancias en su interior calientes o frías, por lo que el intercambio de energía con el exterior no se establece.

Ejemplo de sistema aislado

Sistema aislado
Las jarras Dewar se usan en los laboratorios para almacenar o realizar transporte de sustancias muy frias o muy calientes.

Las jarras Dewar son fabricadas con la finalidad de mantener gases o líquidos muy fríos (por ejemplo, nitrógeno líquido o hielo seco) o muy calientes, por mayor cantidad de tiempo. Son lo más cercano a un sistema aislado en el laboratorio. Se caracterizan por tener una doble pared sellada al vacío, por lo que no hay aire intermedio que permita el flujo de calor.

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