Différence entre système ouvert et fermé

Différence principale - Système ouvert vs système fermé

La thermodynamique est une branche de la physique qui explique le transfert d'énergie entre les objets et leur environnement. Les termes en thermodynamique peuvent également être utilisés pour comprendre le comportement chimique des espèces chimiques. Système et entourage sont deux termes de base utilisés en thermodynamique. Un système est une partie de l'univers qui est à l'étude et qui l'entoure est le reste de l'univers autre que ce système particulier. La marge du système qui le sépare de l’environnement est appelée limite. Les systèmes peuvent exister de trois manières différentes: systèmes ouverts, systèmes fermés et systèmes isolés. La principale différence entre un système ouvert et un système fermé est que dans un système ouvert, la matière peut être échangée avec l'entourage tandis que, dans un système fermé, la matière ne peut pas être échangée avec l'entourage.

Zones clés couvertes

1. Qu'est-ce qu'un système ouvert?
      - Définition, caractéristiques
2. Qu'est-ce qu'un système fermé?
      - Définition, caractéristiques
3. Quelle est la différence entre les systèmes ouverts et fermés
      - Comparaison des différences clés

Termes clés: énergie, système d'énergie cinétique, matière, énergie potentielle, environnement environnant, thermodynamique

Qu'est-ce qu'un système ouvert?

Un système ouvert peut être défini comme un système capable d’échanger de la matière et de l’énergie avec son environnement. Par exemple, la Terre peut être reconnue comme un système ouvert. Dans ce cas, la Terre est le système et l’espace est ce qui l’entoure. La lumière du soleil peut atteindre la surface de la terre et nous pouvons envoyer des fusées dans l'espace. La lumière du soleil et la fusée peuvent être expliquées respectivement en énergie et en matière.

L'échange de matière entre le système ouvert et son environnement se produit facilement. Cela peut aussi être facilement expliqué en ajoutant ou en retirant de la matière. Mais l'échange d'énergie est un peu plus compliqué, car l'énergie peut être échangée sous différentes formes et différentes conversions peuvent avoir lieu au cours de cet échange. L'énergie est échangée sous forme de chaleur ou de toute autre forme.

En termes thermodynamiques, l'échange d'énergie est caractérisé par une énergie potentielle, une énergie cinétique et une énergie thermique. L'énergie potentielle est l'énergie stockée. L'énergie cinétique est l'énergie que véhicule un objet en se déplaçant. Cependant, l'énergie d'un système existe toujours dans l'un de ces trois états ou dans deux états à la fois. Par exemple, un objet fixe peut échanger de la chaleur avec son environnement. Ensuite, il y a à la fois de l'énergie potentielle et de l'énergie thermique. L'énergie peut être échangée ou transférée en tant qu'énergie potentielle ou énergie cinétique. Mais parfois, l’énergie potentielle peut être convertie en énergie cinétique ou l’inverse peut se produire. De l'énergie thermique ou de la chaleur est également échangée entre les systèmes ouverts et leurs environnements.

En raison de la possibilité d'échanger de la matière entre le système ouvert et son environnement, la masse interne d'un système ouvert varie avec le temps. Si la matière est ajoutée, la masse augmentera et si la matière est retirée, la masse diminuera.  

Figure 1: Comme le mug n’est pas recouvert, l’énergie et la matière peuvent être échangées avec l’environnement. Donc, ceci est un système ouvert.

Qu'est-ce qu'un système fermé?

Un système fermé est un système où seule l’énergie peut être échangée, mais n’importe pas. La matière ne peut pas être échangée dans un système fermé car elle contient des particules qui ne peuvent pas franchir les limites du système. Mais l'énergie passe par cette limite sous forme de photons, car l'énergie n'est pas particulaire. Par conséquent, dans un système fermé, la masse reste constante car la matière ne peut pas être enlevée ou ajoutée. Mais l'énergie peut être transférée principalement sous forme de chaleur ou d'énergie thermique.

Par exemple, si une tasse d'eau chaude est recouverte en plaçant un couvercle sur le dessus de la tasse, la vapeur ne peut pas s'échapper du système à cause du couvercle. Les molécules de gaz dans l'air ne peuvent pas non plus entrer dans la tasse à cause du couvercle. Donc, il n'y a pas d'échange de matière. Mais si nous touchons le couvercle après un certain temps, nous pouvons sentir qu'il fait chaud. La tasse sera aussi chaude; cela indique que l'énergie sort sous forme d'énergie thermique. Si ce système est maintenu à une température normale pendant une longue période, on peut constater que la tasse, le couvercle ou l'eau ne sont plus chauds. Cela est dû au fait que le système a partagé l'énergie thermique avec l'environnement environnant jusqu'à ce que sa température devienne égale à la température ambiante. Ceci s'appelle un équilibre.

Figure 2: Le pot couvert est un exemple de système fermé car il ne peut pas échanger de matière avec son environnement à cause du couvercle.

Différence entre les systèmes ouverts et fermés

Définition

Système ouvert: Un système ouvert est un système thermodynamique où l’énergie et la matière peuvent être échangées avec son environnement..

Systeme ferme: Un système fermé est un système thermodynamique dans lequel l’énergie peut être échangée avec son environnement mais sans importance.

Échange de matière

Système ouvert: Les systèmes ouverts peuvent échanger de la matière avec l'environnement.

Systeme ferme: Les systèmes fermés ne peuvent pas échanger de matière avec l'environnement.

Masse interne

Système ouvert: La masse du système variera avec le temps dans les systèmes ouverts.

Systeme ferme: Dans les systèmes fermés, la masse du système est constante.

Limite du système

Système ouvert: Les systèmes ouverts ont des limites qui ne sont pas fermées.

Systeme ferme: La limite d'un système fermé est complètement fermée.

Conclusion

Partout dans l'environnement, il y a des interactions entre les systèmes et leur environnement. Les systèmes peuvent être ouverts, fermés ou isolés. La principale différence entre un système ouvert et un système fermé réside dans le fait que, dans un système ouvert, la matière peut être échangée avec son environnement alors que, dans un système fermé, elle ne peut être échangée avec son environnement..

Références:

1. "Un système et ses environs." Chimie LibreTexts. Libretexts, 21 juillet 2016. Web. Disponible ici. 16 juin 2017.
2. «Systèmes ouverts, fermés et isolés en chimie physique». Fondements de la science physique. N.p., n.d. Web. Disponible ici. 16 juin 2017. 

Courtoisie d'image:

1. “345707” (Domaine public) via Pixabay
2. “coffee steam 2" de waferboard (CC BY 2.0) via Flickr