Thế nào là hệ kín? Đặc điểm của hệ kín trong vật lí

Khái niệm thế nào là hệ kín?

- Một hệ vật được gọi là hệ kín nếu chỉ có các lực của các vật trong hệ tác dụng lẫn nhau (nội lực) mà không có những lực từ bên ngoài hệ (ngoại lực), hoặc nếu có thì các lực này phải triệt tiêu lẫn nhau.

Ví dụ: Hệ gồm hai viên bi lăn trên mặt phẳng nằm ngang đến va chạm với nhau, ma sát vô cùng nhỏ, trọng lực cân bằng với phản lực của mặt phẳng nằm ngang. Trường hợp này coi là hệ kín.

- Hệ kín là một hệ vật lí không trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường bên ngoài. Hệ kín có thể là một vật thể, một nhóm vật thể hoặc một hệ thống vật lí.

Đặc điểm của hệ kín

- Không trao đổi vật chất, năng lượng với môi trường bên ngoài. Hay nói cách khác, vật chất và năng lượng trong hệ kín không thể đi ra hoặc vào hệ.

- Hệ kín có khối lượng và năng lượng xác định.

- Hệ kín có thể biến đổi trạng thái nhưng không thay đổi khối lượng và năng lượng.

- Hệ kín có thể là một hệ đơn giản hoặc một hệ phức tạp. Hệ đơn giản là một hệ vật lí có số lượng các phần tử nhỏ và các tương tác giữa các phần tử đơn giản. Hệ phức tạp là một hệ vật lí có số lượng các phần tử lớn và các tương tác giữa các phần tử phức tạp.

Một số ví dụ về hệ kín

- Bình kín chứa khí

- Bình kín chứa nước

- Bình kín chứa chất lỏng

- Cơ thể người

- Trái đất

So sánh hệ kín với hệ cô lập

- Giống nhau: Cả hai hệ đều không trao đổi vật chất với môi trường bên ngoài, tức là khối lượng của hệ luôn được giữ nguyên trong quá trình nghiên cứu.

- Khác nhau:

+ Hệ kín có thể trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài. Điều này có thể được thực hiện dưới dạng truyền nhiệt, công hoặc bức xạ. Ví dụ: Bình nước kín, động cơ hơi nước, tế bào,...

+ Hệ cô lập không trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài. Điều này có nghĩa là năng lượng của hệ luôn được giữ nguyên trong quá trình nghiên cứu. Ví dụ: Hệ vũ trụ, hệ vật lý vi mô

Ứng dụng của hệ kín

- Hệ kín được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau chẳng hạn như nhiệt động lực học, cơ học lượng tử, hóa học, kỹ thuật, công nghệ, y học...

- Trong vật lí học, hệ kín được sử dụng để nghiên cứu các định luật vật lí như định luật bảo toàn khối lượng, bảo toàn năng lượng.

- Trong hóa học, hệ kín được sử dụng để nghiên cứu các phản ứng hóa học.

- Trong sinh học, hệ kín được sử dụng để nghiên cứu các quá trình sống của cơ thể sinh vật.

- Trong kỹ thuật, hệ kín được sử dụng để thiết kế các máy móc, thiết bị.

- Trong nhiệt động lực học, hệ kín được sử dụng để nghiên cứu các quá trình nhiệt động lực học như quá trình truyền nhiệt, quá trình biến đổi trạng thái,...