Система (физическая химия)

В термодинамике окружающий нас мир делится на систему и окружающую среду. Между системой и средой существует граница раздела, определяющая свойства системы. Системой можно назвать, например, стакан с водой, организм человека, планету Земля и т.д. Выбор системы, разбиение Вселенной на систему и среду, производит сам исследователь для удобства решения конкретной задачи. Допустим, системой может быть стакан с водой, а может – только вода в стакане. Никаких ограничений на размер системы не накладывается.

Граница раздела ( поверхность раздела) отделяет систему от окружающего мира и может препятствовать различным видам обмена (веществом, теплом, энергией) между системой и окружающей средой. Если для системы невозможен обмен веществом и энергией, она называется изолированной. Если запрещен только обмен веществом – перед нами закрытая система. Полезной моделью является закрытая система, в которой постоянными поддерживаются температура и объём или температура и давление. Так выглядят химические реакторы в лабораториях и промышленности. Для обсуждения проблем биологии полезно рассматривать открытые системы, где разрешены все виды обмена с окружающей средой.

Состояние системы определяется её термодинамическими параметрами. Это температура, давление, объем, количества молей веществ, составляющих систему, напряженности электрического и магнитного полей и т.д. Ряд параметров (например, температура или давление) могут быть разными в разных точках нашей трехмерной системы. Задача описания состояния системы усложняется. Теперь параметров требуется гораздо больше! Приходится разбивать объем на маленькие области с одинаковой температурой, давлением и т.д., затем – интегрировать и т.д.

Выше мы называли системами реальные физические объекты. Если быть более точным, то система – это абстрактное, математическое понятие. Оно помогает описывать свойства объектов в природе. Понятие системы вводится в термодинамике одним из первых. С его помощью даются последующие определения, формулируются аксиомы и т.д. Так, Первый и Второй законы термодинамики могут быть строго сформулированы для закрытых систем.