Système isolé - Isolated system
En science physique , un système isolé est l'un des suivants :
- un système physique si éloigné des autres systèmes qu'il n'interagit pas avec eux.
- un système thermodynamique entouré de parois rigides immobiles à travers lesquelles ni la masse ni l' énergie ne peuvent passer.
Bien que soumis intérieurement à sa propre gravité, un système isolé est généralement considéré comme hors de portée des forces gravitationnelles externes et autres forces à longue portée.
Cela peut être mis en contraste avec ce qu'on appelle (dans la terminologie la plus courante utilisée en thermodynamique) un système fermé , étant entouré de parois sélectives à travers lesquelles l'énergie peut passer sous forme de chaleur ou de travail, mais pas de matière ; et avec un système ouvert , dans lequel la matière et l'énergie peuvent entrer ou sortir, bien qu'il puisse avoir des murs diversement imperméables dans certaines parties de ses limites.
Un système isolé obéit à la loi de conservation selon laquelle son énergie-masse totale reste constante. Le plus souvent, en thermodynamique, la masse et l'énergie sont traitées comme conservées séparément.
En raison de l'exigence d'enceinte et de la quasi-omniprésence de la gravité, des systèmes strictement et idéalement isolés ne se produisent pas réellement dans les expériences ou dans la nature. Bien que très utiles, ils sont strictement hypothétiques.
La thermodynamique classique est généralement présentée comme postulant l'existence de systèmes isolés. Elle est aussi généralement présentée comme le fruit de l'expérience. De toute évidence, aucune expérience n'a été rapportée d'un système idéalement isolé.
C'est cependant le fruit de l'expérience que certains systèmes physiques, y compris isolés, semblent atteindre leurs propres états d'équilibre thermodynamique interne. La thermodynamique classique postule l'existence de systèmes dans leurs propres états d'équilibre thermodynamique interne. Ce postulat est une idéalisation très utile.
Dans la tentative d'expliquer l'idée d'une approche graduelle de l'équilibre thermodynamique après une opération thermodynamique , avec une entropie croissante selon la deuxième loi de la thermodynamique , le théorème H de Boltzmann a utilisé des équations , qui supposaient qu'un système (par exemple, un gaz ) était isolé . C'est-à-dire que tous les degrés de liberté mécaniques pourraient être spécifiés, en traitant les murs d'enceinte simplement comme des conditions aux limites de miroir . Cela a conduit au paradoxe de Loschmidt . Si, cependant, le comportement stochastique des molécules et du rayonnement thermique dans les murs d'enceinte réels est pris en compte, alors le système est en fait dans un bain de chaleur. L'hypothèse du chaos moléculaire de Boltzmann peut alors être justifiée.
Le concept de système isolé peut servir de modèle utile approchant de nombreuses situations du monde réel. C'est une idéalisation acceptable utilisée dans la construction de modèles mathématiques de certains phénomènes naturels ; par exemple, les planètes du système solaire , et le proton et électron dans un atome d'hydrogène sont souvent considérés comme des systèmes isolés. Mais, de temps en temps, un atome d'hydrogène va interagir avec le rayonnement électromagnétique et passer à un état excité .
Parfois, les gens spéculent sur "l'isolement" de l'univers dans son ensemble, mais le sens d'une telle spéculation est douteux.
Isolement radiatif
Pour l'isolation radiative, les parois doivent être parfaitement conductrices, de manière à refléter parfaitement le rayonnement à l'intérieur de la cavité, comme par exemple imaginé par Planck .
Il envisageait l'équilibre thermique radiatif interne d'un système thermodynamique dans une cavité initialement dépourvue de substance. Il n'a pas mentionné ce qu'il imaginait pour entourer ses parois parfaitement réfléchissantes et donc parfaitement conductrices. Vraisemblablement, puisqu'ils sont parfaitement réfléchissants, ils isolent la cavité de tout effet électromagnétique externe. Planck soutenait que pour l'équilibre radiatif à l'intérieur de la cavité isolée, il fallait ajouter à son intérieur un grain de carbone.
Si la cavité aux parois parfaitement réfléchissantes contient suffisamment d'énergie radiative pour maintenir une température de grandeur cosmologique, alors le grain de carbone n'est pas nécessaire car le rayonnement génère des particules de substance, comme par exemple des paires électron-positon, et atteint ainsi l'équilibre thermodynamique.
Une approche différente est adoptée par Balian . Pour quantifier le rayonnement dans la cavité, il imagine ses parois radiativement isolantes parfaitement conductrices. Bien qu'il ne mentionne pas la masse à l'extérieur et qu'il semble, d'après son contexte, qu'il entende le lecteur supposer que l'intérieur de la cavité est dépourvu de masse, il imagine qu'un certain facteur provoque des courants dans les murs. Si ce facteur est interne à la cavité, ce ne peut être que le rayonnement, qui serait ainsi parfaitement réfléchi. Pour le problème de l'équilibre thermique, cependant, il considère des parois contenant des particules chargées qui interagissent avec le rayonnement à l'intérieur de la cavité ; de telles cavités ne sont bien entendu pas isolées, mais peuvent être considérées comme dans un bain de chaleur.
Voir également
- Systeme ferme
- Système dynamique
- Système ouvert
- Système thermodynamique
- Système ouvert (thermodynamique)