ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างระบบแยกและระบบปิดคือระบบแยกไม่สามารถแลกเปลี่ยนทั้งสสารและพลังงานกับสภาพแวดล้อมได้ แต่แม้ว่าระบบปิดจะไม่สามารถแลกเปลี่ยนวัตถุกับสภาพแวดล้อมโดยรอบได้ แต่ก็สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานได้
เพื่อความง่ายในการเรียนเคมี เราแบ่งจักรวาลออกเป็นสองส่วน ส่วนที่เรากำลังจะไปศึกษาคือ "ระบบ" และส่วนที่เหลือคือ "รอบด้าน" ตัวอย่างเช่น ระบบอาจเป็นสิ่งมีชีวิต ถังปฏิกิริยา หรือแม้แต่เซลล์เดียว มีขอบเขตระหว่างระบบและบริเวณโดยรอบ ขอบเขตกำหนดขอบเขตของระบบ บางครั้งสสารและพลังงานแลกเปลี่ยนผ่านขอบเขตเหล่านี้นอกจากนี้ เราสามารถจำแนกระบบออกเป็นสองประเภท เป็นระบบเปิดและระบบปิด ระบบแยกเป็นรูปแบบของระบบปิด
ระบบแยกคืออะไร
ระบบที่แยกออกมาเป็นรูปแบบของระบบปิด แต่มันแตกต่างจากระบบปิดเพราะไม่มีการสัมผัสทางกลหรือทางความร้อนกับบริเวณโดยรอบ นั่นหมายความว่า; ระบบที่แยกออกมาไม่สามารถแลกเปลี่ยนทั้งสสารและพลังงานกับสิ่งรอบข้างได้ นอกจากนี้ ระบบเหล่านี้จะเข้าถึงสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ตามเวลา โดยการปรับสมดุลความดัน อุณหภูมิ หรือพารามิเตอร์อื่นๆ
ในทางปฏิบัติ ระบบแยกไม่มีอยู่จริงเพราะทุกสิ่งมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันในบางวิธี อย่างไรก็ตาม เราสามารถพิจารณาว่าทั้งจักรวาลเป็นระบบที่แยกจากกัน โดยพิจารณาว่าไม่มีการถ่ายเทของสสารและพลังงานนอกจักรวาล ในทางทฤษฎี สิ่งนี้มีประโยชน์ในการสร้างแบบจำลอง ตัวอย่างเช่น กฎเทอร์โมไดนามิกที่หนึ่งและที่สองอธิบายระบบที่แยกได้
รูปที่ 01: การเปรียบเทียบระบบแยกกับระบบเปิดและปิด
กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่า “พลังงานภายในของระบบที่แยกออกมามีค่าคงที่” กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่า “เอนโทรปีของระบบที่โดดเดี่ยวเพิ่มขึ้นในกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง” อย่างไรก็ตาม กฎหมายนี้เป็นจริงสำหรับระบบที่แยกได้เท่านั้น เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปในระบบที่แยกออกมาและจะถึงค่าสูงสุดที่สมดุล โดยสรุป พลังงานโดยรวมของระบบเหล่านี้ไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้ ดังนั้นเอนโทรปีไม่เคยลดลง
ระบบปิดคืออะไร
ในระบบปิด สสารไม่สามารถผ่านเขตแดนได้ ดังนั้นเรื่องในระบบปิดจึงเหมือนเดิมเสมออย่างไรก็ตาม ในระบบประเภทนี้ พลังงานจะแลกเปลี่ยนกับสิ่งรอบข้าง ตัวอย่างเช่น เมื่อเกิดปฏิกิริยา ระบบสามารถขยายตัว หรือสามารถถ่ายเทพลังงานไปยังบริเวณโดยรอบได้หากอยู่ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่า
รูปที่ 02: ระบบและบริเวณโดยรอบคั่นด้วยขอบเขต
เช่น: ถ้าเราปิดฝาชาอุ่น ๆ สักถ้วย มันจะกลายเป็นระบบปิด ที่นั่นไอน้ำไม่สามารถหลบหนีออกจากระบบได้ อีกทั้งโมเลกุลของก๊าซโดยรอบไม่สามารถเข้าสู่ระบบได้ ดังนั้นจึงไม่มีการแลกเปลี่ยนเรื่อง อย่างไรก็ตามความร้อนของชาแลกเปลี่ยนกับสภาพแวดล้อมโดยรอบ เราสัมผัสได้ถึงความร้อนหากสัมผัสฝาถ้วย ดังนั้นพลังงานจึงออกมาเป็นพลังงานความร้อน ที่นั่นระบบจะบรรลุความสมดุลกับสภาพแวดล้อมเมื่ออุณหภูมิภายในและภายนอกระบบเท่ากัน
ระบบแยกกับระบบปิดต่างกันอย่างไร
ขอบเขตแยกระบบและบริเวณโดยรอบ เราสามารถตั้งชื่อระบบเป็นระบบเปิดหรือระบบปิดได้ขึ้นอยู่กับการแลกเปลี่ยนของสสารและพลังงานผ่านขอบเขตนี้ ระบบที่แยกออกมาก็เป็นรูปแบบของระบบปิดเช่นกัน ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างระบบแยกและระบบปิดคือระบบที่แยกออกมาไม่สามารถแลกเปลี่ยนทั้งสสารและพลังงานกับสภาพแวดล้อมได้ แต่แม้ว่าระบบปิดจะไม่สามารถแลกเปลี่ยนวัตถุกับสภาพแวดล้อมโดยรอบ แต่ก็สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานได้
ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งระหว่างระบบแยกและระบบปิด เราสามารถพูดได้ว่าเอนโทรปีของระบบที่แยกออกมาไม่มีวันลดลงในขณะที่เอนโทรปีของระบบปิดสามารถลดลงได้ นอกจากนี้ ระบบแยกยังเป็นทฤษฎี นั่นหมายความว่า ระบบเหล่านี้ไม่มีอยู่จริง อย่างไรก็ตาม ระบบปิดมีอยู่จริง
สรุป – ระบบแยก vs ระบบปิด
ระบบมีสองประเภท; เป็นระบบเปิดและระบบปิด ระบบที่แยกได้เป็นระบบปิดประเภทหนึ่งเช่นกัน อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างพวกเขา ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างระบบแยกและระบบปิดคือระบบที่แยกออกมาไม่สามารถแลกเปลี่ยนทั้งสสารและพลังงานกับสภาพแวดล้อมได้ แต่แม้ว่าระบบปิดจะไม่สามารถแลกเปลี่ยนวัตถุกับสภาพแวดล้อมโดยรอบได้ แต่ก็สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานได้