Введение

Тип системы – концепция физических наук.

Закрытая система – это естественная физическая система, которая не допускает обмена веществом с окружающей средой, однако в контексте физики, химии, инженерии и т.д. допускается обмен энергией (например, в виде работы или тепла).

В классической механике

В нерелятивистской классической механике, замкнутая система – это физическая система, которая не обменивается веществом с окружающей средой и не испытывает результирующей силы, источник которой находится за пределами системы. Замкнутая система в классической механике эквивалентна изолированной системе в термодинамике. Замкнутые системы часто используются для ограничения факторов, способных повлиять на результаты конкретной задачи или эксперимента.

В термодинамике

В термодинамике закрытая система может обмениваться энергией (в виде тепла или работы), но не веществом, с окружающей средой. Изолированная система не может обмениваться ни теплом, ни работой, ни веществом с окружающей средой, в то время как открытая система может обмениваться энергией и веществом. (Эта схема определения терминов не используется последовательно, хотя она удобна для некоторых целей. В частности, некоторые авторы используют термин "закрытая система" там, где здесь используется термин "изолированная система"). Для простой системы, содержащей только один тип частиц (атомов или молекул), закрытая система подразумевает постоянное число частиц. Однако для систем, в которых протекает химическая реакция, могут образовываться и разрушаться различные типы молекул в процессе реакции. В этом случае, тот факт, что система закрыта, выражается в сохранении общего числа атомов каждого элемента, независимо от того, в составе какой молекулы они находятся. Математически это выражается следующим образом:

где – число молекул типа j, – число атомов элемента в молекуле , а – общее число атомов элемента в системе, которое остается постоянным, поскольку система закрыта. Для каждого различного элемента в системе будет составлено одно такое уравнение. В термодинамике закрытая система важна для решения сложных термодинамических задач. Она позволяет исключить некоторые внешние факторы, которые могут исказить результаты эксперимента или задачи, тем самым упрощая их. Закрытую систему также можно использовать в ситуациях, когда требуется термодинамическое равновесие для упрощения анализа.

В квантовой физике

Это уравнение, называемое уравнением Шрёдингера, описывает поведение изолированной или замкнутой квантовой системы, то есть, по определению, системы, которая не обменивается информацией (т.е. энергией и/или материей) с другой системой. Таким образом, если изолированная система находится в некотором чистом состоянии |ψ(t) ∈ H в момент времени t, где H обозначает гильбертово пространство системы, то временная эволюция этого состояния (между двумя последовательными измерениями) определяется следующим образом: где i – мнимая единица, ħ – постоянная Планка, делённая на 2π, символ ∂ указывает на частную производную по времени t, Ψ (греческая буква пси) – волновая функция квантовой системы, а Ĥ – гамильтониан (оператор, который характеризует полную энергию любой заданной волновой функции и принимает различные формы в зависимости от ситуации).

В химии

В химии, закрытая система – это система, из которой не могут покидать реагенты или продукты, но в которой тепло может свободно обмениваться (например, термобокс). Закрытую систему можно использовать при проведении химических экспериментов, где температура не играет роли (то есть при достижении теплового равновесия).

В машиностроении

В инженерном контексте замкнутая система – это система с четко заданными границами, то есть определенная, в которой все входные данные известны и все выходные данные известны (или могут быть определены) за определенный промежуток времени.