какие виды систем обмениваются энергией информацией с окружающей средой

Понятие системы и системного подхода, виды систем

Система – это любой объект действительности, представляющий собой целостное множество элементов. Система есть нечто целое. Система есть организованное множество. Система есть множество вещей, свойств и отношений. Система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение системы в условиях окружающей среды. Системаесть упорядоченная совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, закономерно образующих единое целое.

Система – это совокупность элементов входа, выхода, процессора (преобразующего элементы входа в элементы выхода), функция, среда.

Среда – это совокупность всех объектов, изменение свойств которых влияет на систему, а также тех объектов, чьи свойства меняются в результате поведения системы.

Подсистема – это часть системы, в которой не менее двух элементов и которая имеет свою обобщенную функцию.

Системный подход – это подход к исследованию объекта как к системе, в которой выделены элементы, внутренние и внешние связи, наиболее существенным образом влияющие на исследуемые результаты его функционирования, а цели каждого из элементов определены исходя из общего предназначения объектов.

1. Рассмотрение объекта как системы.

2. Изучение объекта на своём уровне, как элемента вышестоящей системы, в соотношении с составляющими элементами – иерархичность познания.

3. Изучение интерактивных свойств системы.

4. Получение количественных оценок системы, сужение неоднозначности понятий.

Реализация системного подхода имеет несколько этапов:

1. Формулировка задачи исследования.

2. Выявление объекта исследования как системы из окружающей среды.

3. Постановка целей перед элементами исходя из ожидаемого результата всей системы в целом.

4. Разработка модели системы и проведение на ней исследований.

Виды систем. По природе элементов системы делятся на реальные и абстрактные. Реальными системами являются объекты, состоящие из материальных элементов. Среди них обычно выделяют механические, электрические (электронные), биологические, социальные и другие подклассы систем и их комбинации.

Абстрактные системы составляют элементы, не имеющие прямых аналогов в реальном мире. Они создаются путем мысленного отвлечения от тех или иных сторон, свойств и (или) связей предметов и образуются в результате творческой деятельности человека. Примером абстрактных систем являются системы уравнений, идеи, планы, гипотезы, теории.

В зависимости от происхождения различают естественные и искусственные системы.

Естественные системы, будучи продуктом развития природы, возникли без вмешательства человека (климат, почва).

Искусственные системы – это результат сознательной деятельности человека, со временем их количество увеличивается.

В зависимости от степени изменчивости свойств статические и динамические.

Статическая система – это система с одним состоянием. В отличие от статических, динамические системы имеют множество возможных состояний, которые могут меняться как непрерывно, так и дискретно.

В зависимости от степени сложности системы бывают простые, сложные и большие.

Особенность простых систем в практически взаимной независимости от свойств, которая позволяет исследовать каждое свойство в отдельности в условиях классического лабораторного эксперимента и описать методами традиционных технических дисциплин. Примерами простых систем могут служить отдельные детали, элементы электронных систем.

Сложные системы могут состоять из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, каждый из которых может быть представлен в виде системы. Сложные системы обладают свойствами, которыми не обладают ни один из составляющих элементов. Сложными системами являются живые организмы, в частности человек, ЭВМ и т.д. Особенность сложных систем заключается в существенной взаимосвязи их свойств.

Большие системы – это сложные пространственно-распределенные системы, в которых подсистемы (их составные части) относятся к категориям сложных.

По степени связи с внешней средой системы бывают изолированные, закрытые и открытые.

Изолированные системы не обмениваются со средой энергией и веществом. Процесса самоорганизации в них невозможны.

Закрытые системы не обмениваются с окружающей средой веществом, но обмениваются энергией. Они способны к переходам в равновесное упорядоченное состояние.

Открытые системы обмениваются с окружающей средой энергией и веществом.

В зависимости от реакции на возмущающие воздействия выделяют активные и пассивные системы.

Активные системы способны противостоять среды и сами могут воздействовать на нее. У пассивных систем это свойство отсутствует.

В зависимости от степени участия человека в реализации управляющих воздействий системы подразделяются на технические, человеко-машинные, организационные.

К техническим относятся системы, которые функционируют без участия человека. Как правило, это системы автоматического управления (регулирования), представляющие собой комплексы устройств для автоматического измерения, например, координат объекта управления, с целью поддержания желаемого режима его работы.

Примерами человеко-машинных систем могут служить автоматизированные системы управления различного назначения. Их особенностью является то, что человек сопряжен с техническими устройствами, причем окончательное решение принимает человек, а средства автоматизации лишь помогают ему в обосновании правильности этого решения.

К организационным системам относятся социальные системы – группы, коллективы людей, общество в целом.

Источник

Открытая система (физика)

Понятие открытой системы является одним из основных в синергетике, неравновесной термодинамике, в статистической физике и в квантовой механике.

Термодинамические открытые системы активно взаимодействуют с внешней средой, причем наблюдатель прослеживает это взаимодействие не полностью, оно характеризуется высокой неопределённостью. При определённых условиях такая открытая система может достигать стационарного состояния, в котором её структура или важнейшие структурные характеристики остаются постоянными, в то время как система осуществляет со средой обмен веществом, информацией или энергией — этот процесс называется гомеостазом. Открытые системы в процессе взаимодействия со средой могут достигать так называемого эквифинального состояния, то есть состояния, определяющегося лишь собственной структурой системы и не зависящего от начального состояния среды. Такие открытые системы могут сохранять высокий уровень организованности и развиваться в сторону увеличения порядка и сложности, что является одной из наиболее важных особенностей процессов самоорганизации.

Открытые системы имеют важное значение не только в физике, но и в общей теории систем, биологии, кибернетике, информатике, экономике. Биологические, социальные и экономические системы необходимо рассматривать как открытые, поскольку их связи со средой имеют первостепенное значение при их моделировании и описании.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Энергетический учёт (англ. energy accounting) — система, используемая в пределах промышленности, где измерение и анализ потребления энергии различными видами деятельности производится для повышения энергетической эффективности. В широком понимании — энергетический учёт используется для описания термодинамических аспектов энергетической экономики, как пример, когда анализируемая полезная энергия протекает в любой производящей энергию системе.

Имитационные модели связаны не с аналитическим представлением, а с принципом имитации с помощью информационных и программных средств сложных процессов и систем в самом сложном аспекте — динамическом.

Источник

Виды систем. Открытые и закрытые системы

1. Разновидности неживых систем:

а) системы с периодически изменяющейся структурой во времени и имеющие несколько функций;
б) системы со стабильной структурой, не подверженные функциональным воздействиям в течение длительного периода времени.

2. Разновидности живых систем:

а) системы с относительно развитой способностью воспринимать информацию, но не обладающие самосознанием;
б) системы с самосохраняемой структурой и низким уровнем переработки информации;
в) системы с развитым самосознанием, мышлением, нетривиальным поведением;
г) социальные системы и социальные организации.

3. Разновидности социальных систем:

а) системы самоуправления. При помощи этих систем местным самоуправлением организуются социально-экономические и культурные процессы на определенной территории;
б) системы управления бизнес-организациями, т. е. хозяйствующими субъектами, осуществляющими свои интересы путем производства и реализации товаров (услуг);
в) системы государственного управления; такие системы определяют качественное состояние общества, его развития, формируемые им возможности для населения страны;
г) системы управления институтами, группами, организациями, ассоциациями.

По степени связи с внешней средой системы подразделяются на открытые и закрытые системы.

Открытые системы интенсивно обмениваются энергией, веществом или информацией с окружающей средой. К открытым системам относятся экономика страны в целом, отрасли экономики, предприятия, организации и т. п. Управляя открытой системой необходимо анализировать взаимосвязь системы с внутренней и внешней средой, учитывать факторы, оказывающие прямое или косвенное воздействие.

Закрытые, изолированные системы функционируют при относительно небольшом обмене (замкнутый цикл переработки информации или замкнутый технологический цикл). При управлении закрытой системой следует тщательно анализировать состав входящих в нее компонентов и процессы, происходящие с ними.

Особенность: система может быть открытой или закрытой для вещества, энергии или информации в отдельности.

Один объект может содержать множество разных систем.

Предприятие как технологическая система – это производственное предприятие, рассматриваемое как совокупность оборудования, технологических процессов, материалов и изделий, изготавливаемых с помощью оборудования.

Предприятие как хозяйственная система – выявление места рассматриваемого предприятия в системе отрасли, региона, экономики страны, мирового хозяйства, определение отношения работников предприятия к средствам производства, их участие в процессе труда и распределение результатов.

Особенность: выделенные таким образом хозяйственные системы являются в то же время подсистемами более общих, содержащих их систем. Часть системы, не входящая в данную подсистему, рассматривается по отношению к ней как окружающая подсистему внешняя среда.

Источник

Виды обмена энергии системы с окр средой

Предмет термодин.Хим термодин.

термодинамика – наука о превращении теплоты и энергии при различных физико-химических явлениях

ПР: выделение-поглощение теплоты при испарении-кристаллизации-растворении-адсорбции

ПР: тепловые эффекты при хим.реакциях

предмет изучения термодинамики – термодинамические системы

Понятие термодин системы.

термодинамическая система – тело или группа взаимодействующих тел, выделенных из окружающей среды

термодинамическая система имеет реальную или воображаемую границу, отделяющую ее от окружающей среды

термодинамическая система – это макросистема, состоящая из множества структурных элементов

ПР: газ в цилиндре есть термодинамическая система, состоящая из множества молекул газа

Системы гомогенные,гетерогенные.

по структуре различают:

в которых структурные элементы распределены равномерно(свойства одинаковы в любой точке)

в которых структурные элементы распределены неравномерно и выделяют «фазы» и «границы раздела фаз»

Фаза

фаза – часть системы, свойства которой одинаковы в любой точке

переход из одной фазы в другую сопровождается выделением-поглощением энергии

однофазные системы не образуют границ раздела фаз

многофазные системы образуют границы раздела фаз

Системы изол. Открытые.Закрытые.

термодинамическая система и окружающая среда обмениваются веществом и энергией

по характеру обмена веществом и энергией различают:

— изолированные системы, которые не обмениваются со средой веществом и энергией

— закрытые системы, которые обмениваются со средой энергией, но не обмениваются с ней веществом

— открытые системы, которые обмениваются со средой и веществом, и энергией

ПР: живая клетка – открытая термодинамическая система

Термодинам параметры системы.

термодинамика изучает физико-хим.свойства термодинамических систем

свойства термодинамической системы определяют состояние термодинамической системы

состояние термодинамической с-мы описывают термодинамическими параметрами и термодинамическими функциями

термодинамические параметры – различные показатели состояния термодинамической системы

если состояние системы меняется, то меняются термодинамические параметры

ПР: масса вещества системы m

давление р, температура Т, объем V, концентрация в-в с

внутренняя энергия системы U

Внутреняя энергия системы.

внутренняя энергия системы U – энергия ее структурных элементов в пределах термодинамической системы

ПР: газ в цилиндре есть термодинамическая система, состоящая из молекул газа

ее внутренняя энергия – суммарная энергия молекул газа

энергия межмолекулярного взаимодействия молекул газа,

энергия движения электронов в атомах молекул газа,

энергия внутриядерного взаимодействия протонов-нейтронов..

общая энергия системы складывается из внутренней и механической энергии системы

механическая энергия системы складывается из потенциальной и кинетической энергии системы

Виды обмена энергии системы с окр средой.

различают равновесное-стационарное-переходное состояние системы:

равновесное, когда система не обменивается со средой в-вом и энергией, и ее параметры не меняются

стационарное, когда система обменивается со средой в-вом и энергией, но ее параметры не меняются

переходное, когда параметры системы меняются

переход системы из одного состояния в другое называется термодинамическим процессом

различают процессы при постоянном объеме системы – изохорные процессы,

процессы при постоянном давлении системы – изобарные процессы,

процессы при постоянной температуре системы – изотермные процессы

различают процессы с выделением теплоты – экзотермические процессы,

процессы с поглощением теплоты – эндотермические процессы

термодинамические функции состояния – зависимости(функции) энергетических параметров системы

ПР: изменение внутренней энергии системы DU = U₂— U₁ – важнейшая функция системы

изменение энтальпии DН

изменение энтропии DS

изменение энергии Гиббса DG

особенность функций состояния – они не зависят от способа(пути) достижения данного состояния системы

ПР: в изменении внутренней энергии системы DU = U₂— U₁ важны только начальный и конечный параметры

энергетические параметры меняются, когда идет обмен энергией между системой и окружающей средой

обмен энергии происходит или путем передачи теплоты Q, или путем совершения работы A

Понятие работа

работа – упорядоченная форма передачи энергии в виде направленного движения физ.тел или частиц в-ва или зарядов

работа в хим.термодинамике связана с изменением объема термодинамической системы

работа расширения рассчитывается по формуле A = р× DV,

Источник

Классификация термодинамических систем

Рассмотрим особенности термодинамических систем. Под ними принято понимать физические макроскопические формы, состоящие из значительного количества частиц, которые не предполагают использования для описания макроскопических показателей каждой отдельной частицы.

Нет ограничений в природе материальных частиц, которые являются составными компонентами таких систем. Они могут быть представлены в виде молекул, атомов, ионов, электронов, фотонов.

Особенности

Проанализируем отличительные характеристики термодинамических систем. В качестве примера можно привести любой предмет, который можно наблюдать без использования телескопов, микроскопов. Чтобы дать полноценное описание такой системе, подбирают макроскопические детали, благодаря которым можно определить объем, давление, температуру, электрическую поляризацию, величину магнитной индукции, химический состав, массу компонентов.

Для любых термодинамических систем существуют условные либо реальные границы, которые отделяют их от окружающей среды. Вместо нее часто используют понятие термостата, характеризующегося такой высокой величиной теплоемкости, что в случае теплообмена с анализируемой системой температурный показатель сохраняет неизменное значение.

Классификация систем

Рассмотрим, что представляет собой классификация термодинамических систем. В зависимости от характера взаимодействия ее с окружающей средой, принято выделять:

В зависимости от описания, параметры термодинамической системы, могут подразделяться на сложные и простые варианты.

Особенности простых систем

Простыми системами называют равновесные состояния, определить физическое состояние которых можно удельным объемом, температурой, давлением. Примеры термодинамических систем подобного типа – изотропные тела, имеющие равные характеристики в разных направлениях и точках. Так, жидкости, газообразные вещества, твердые тела, которые находятся в состоянии термодинамического равновесия, не подвергаются воздействию электромагнитных и гравитационных сил, поверхностному натяжению, химическим превращениям. Анализ простых тел признан в термодинамике важным и актуальным с практической и теоретической точки зрения.

Внутренняя энергия термодинамической системы такого вида связана с окружающим миром. При описании используют число частиц, массу вещества каждого отдельного компонента.

Сложные системы

К сложным относят термодинамические системы, которые не попадают под простые виды. Например, ими являются магнетики, диэлектрики, твердые упругие тела, сверхпроводники, поверхности раздела фаз, тепловое излучение, электрохимические системы. В качестве параметров, используемых для их описания, отметим упругость пружины или стержня, поверхность фазового раздела, тепловое излучение.

Физической системой называют такую совокупность, в которой нет химического взаимодействия между веществами в пределах показателей температуры, давления, выбранных для исследования. А химическими системами называют те варианты, которые подразумевают взаимодействие между ее отдельными компонентами.

Внутренняя энергия термодинамической системы зависит от наличия изоляции ее с окружающим миром. Например, в качестве варианта адиабатической оболочки, можно представить сосуд Дьюара. Гомогенный характер проявляется у системы, в которой все компоненты имеют сходные свойства. Примерами их служат газовые, твердые, жидкие растворы. Типичным примером газовой гомогенной фазы является атмосфера Земли.

Особенности термодинамики

Данный раздел науки занимается изучением основных закономерностей протекания процессов, которые связаны с выделением, поглощением энергии. В химической термодинамике предполагается изучение взаимных превращений составных частей системы, установление закономерностей перехода одного вида энергии в другой при заданных условиях (давлении, температуре, объеме).

Система, являющаяся объектом термодинамического исследования, может быть представлена в виде любого объекта природы, включающего в себя большое число молекул, которые отделены границей раздела с другими реальными объектами. Под состоянием системы подразумевают совокупность ее свойств, которые позволяют определять ее с позиций термодинамики.

Заключение

В любой системе наблюдается переход одного вида энергии в другой, устанавливается термодинамическое равновесие. Раздел физики, которые занимается детальным изучением превращений, изменений, сохранений энергии, имеет особое значение. Например, в химической кинетике можно не просто описать состояние системы, но и рассчитать условия, способствующие ее смещению в нужном направлении.

Закон Гесса, связывающий энтальпию, энтропию рассматриваемого превращения, дает возможность выявлять возможность самопроизвольного протекания реакции, рассчитывать количество теплоты, выделяемого (поглощаемого) термодинамической системой.

Термохимия, базирующаяся на основах термодинамики, имеет практическое значение. Благодаря данному разделу химии, на производстве проводят предварительные расчеты эффективности топлива и целесообразности внедрения определенных технологий в реальное производство. Сведения, получаемые из термодинамики, дают возможность применять явления упругости, термоэлектричества, вязкости, намагничивания для промышленного производства различных материалов.

Источник