封闭系统

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封闭系统是一种自然物理系统,不允许物质进出系统,但在物理学、化学或工程学等背景下,能量的转移(例如功或热)是允许的。 在非相对论经典力学中,封闭系统是一个物理系统,它不与周围环境交换任何物质,并且不受任何来自系统外部的合力的影响。经典力学中的封闭系统等同于热力学中的孤立系统。封闭系统通常用于限制可能影响特定问题或实验结果的因素。 在热力学中,封闭系统可以与周围环境交换能量(如热量或功)但不能交换物...

封闭系统

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封闭系统是一种自然物理系统,不允许物质进出系统,但在物理学、化学或工程学等背景下,能量的转移(例如功或热)是允许的。

物理学

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在经典力学中

在非相对论经典力学中,封闭系统是一个物理系统,它不与周围环境交换任何物质,并且不受任何来自系统外部的合力的影响。 经典力学中的封闭系统等同于热力学中的孤立系统。 封闭系统通常用于限制可能影响特定问题或实验结果的因素。

热力学

在热力学中,封闭系统可以与周围环境交换能量(如热量或功)但不能交换物质。孤立系统不能与周围环境交换任何热量、功或物质,而开放系统可以交换能量和物质。 (这种术语定义方案并未统一使用,尽管它对某些目的很方便。特别是,一些作者使用“封闭系统”,而此处使用“孤立系统”。)

对于只有一种粒子(原子分子)的简单系统,封闭系统相当于恒定数量的粒子。 然而,对于正在进行化学反应的系统,反应过程中可能会产生和破坏各种分子。 在这种情况下,系统是封闭的这一事实是通过声明每个元素原子的总数是守恒的来表达的,无论它可能是哪种分子的一部分。

系统中的每个不同元素都会有一个这样的方程式。

在热力学中,封闭系统对于解决复杂的热力学问题很重要。 它允许消除一些可能改变实验或问题结果的外部因素,从而简化它。 封闭系统也可用于需要热力学平衡以简化情况的情况。

在量子物理学中

这个方程称为薛定谔方程,描述了一个孤立或封闭的量子系统的行为,即根据定义,一个系统不与另一个系统交换信息(即能量和/或物质)。 因此,如果一个孤立系统在时间 t 处于某种纯状态 |ψ(t) ∈ H,其中 H 表示系统的希尔伯特空间,则该状态的时间演化(在两个连续测量之间)。

其中 i 是虚数单位,ħ 是普朗克常数除以 2π,符号 ∂/∂t 表示相对于时间 t 的偏导数,Ψ(希腊字母 psi)是量子系统的波函数,而 Ĥ 是哈密顿算符(它表征任何给定波函数的总能量,并根据情况采用不同的形式)。

封闭系统

化学

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在化学中,封闭系统是反应物或产物无法逸出的地方,只有热量可以自由交换(例如冰冷却器)。 在进行温度不是一个因素(即达到热平衡)的化学实验时,可以使用封闭系统。

在工程中

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在工程环境中,封闭系统是一个绑定系统,即定义的系统,其中每个输入都是已知的,并且每个结果在特定时间内都是已知的(或可以已知的)。

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词条目录
  1. 封闭系统
  2. 物理学
  3. 在经典力学中
  4. 热力学
  5. 在量子物理学中
  6. 化学
  7. 在工程中

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