Ensamble de Ideas

Introducción a los sistemas abiertos, cerrados y aislados

En este artículo, hablaremos un poco acerca de los sistemas que existen en la naturaleza. Cuando en Ciencias Naturales hablamos de sistemas, hacemos referencia a diversos campos de estudio que la física, la biología, la química y demás disciplinas tienen en cuenta.

¿Qué es un sistema?

Sin duda, “clasificación de sistemas” es uno de los temas más estudiados al principio de cada materia científica, pues abarca a todas y cada una de ellas. Es por eso que podemos preguntarnos la siguiente cuestión: ¿qué es un sistema? Un sistema es una sección acotada del universo que se aísla para su estudio.

Clasificación de los sistemas

Imaginemos que estamos estudiando a nuestro sistema en un laboratorio. Agarramos nuestra bata blanca y nos ponemos en la piel de científicos. A continuación, nos disponemos a clasificar nuestros sistemas, pero… ¿en base a qué lo hacemos?

Sistemas abiertos

Sabemos muy bien que dentro de un laboratorio no podemos comer ni beber alimentos, por lo que nos decidimos a hacer un café caliente. Batimos el café soluble, le ponemos agua bien caliente para afrontar el frío de la mañana. Lo dejamos sobre la mesada un rato mientras prendemos nuestra computadora y agarramos nuestros cuadernos y apuntes de ciencias naturales. La profesora nos pidió clasificar a los sistemas, pero no tenemos ni idea de cómo hacerlo, por dónde empezar, qué analizar. ¡Pero tranquilos! El haber dejado el café caliente sobre la mesa nos dio una interesante idea.

Sucede que, al cabo de un tiempo, nos damos cuenta que nuestro café está más frío que antes. En otras palabras, su temperatura cambió. ¿Qué pasó? El ambiente estaba a menor temperatura que nuestro rico café. Pensando, nos dimos cuenta que la energía presente en el café pasó al ambiente y nuestra bebida se nos enfrió un poquito. ¡Qué interesante! Algo sucedió con la energía. Pasó del café al ambiente. ¿Hubiese pasado lo mismo si ponía el café dentro de mi vaso térmico o dentro de un termo?

Mientras pensamos en la respuesta, tomaremos nuestro café. ¡La clase está por empezar! Se nos acaba el tiempo. Mejor tomamos nuestro café de un sorbo y, enseguida, nuestro recipiente quedó vacío, pues el rico café ya ingresó en nuestro organismo. La clase empieza y aún no sabemos cómo clasificar a los sistemas, pero pensando en el café se nos presenta una buena idea. Veamos…

La mayoría de los sistemas tienen la particularidad de permitir que la energía entre y salga de ellos. Sin embargo, sólo algunos de ellos permiten que la materia entre y salga. Pensando en el café, hemos visto que de la taza pudo salir energía hacia el ambiente (por eso se enfrió). Le contamos esto a nuestro compañero de laboratorio y nos dijo que le pasó algo parecido: la botella de hielo que había llevado a clases se calentó y ya tenía un poco de agua líquida. Me ofrece un poco, pero prefiero seguir pensando en cómo usar esta información para clasificar a los sistemas antes de que la profesora de Ciencias Naturales me ponga un uno.

Cuando un sistema está abierto, como nuestra botella de hielo o nuestra taza de café caliente, permite que haya una transferencia de materia y de energía con el ambiente. Así, por ejemplo, el café se enfrió y, además, pudo ingresar a mi cuerpo. ¡Nada mejor que una rica taza de café en invierno! Lo mismo sucede con la botella de agua, aunque la hubiera preferido un poco menos fría para estas alturas del año. La profesora entra a clases y escribe en el pizarrón:

Un sistema abierto es un sistema que intercambia materia y energía con el entorno; es decir, permite la entrada y salida de materia y energía.

Dibuja, además, el siguiente esquema:

Ahora que lo pensamos, es exactamente igual a lo que sucedió con nuestro café. Hubo una entrada de energía (la luz del Sol pudo ingresar a la taza e iluminarla) y una salida de energía (la energía térmica del café salió desde allí hacia el ambiente). También hubo una entrada de materia (pudo haber caído polvo dentro de la taza) y una salida de materia (el café pasó de la taza a mi cuerpo). Es, entonces, un excelente ejemplo de sistema abierto.

¿Te animás a pensar por qué un electrodoméstico es un sistema abierto?

Los sistemas cerrados

Algunos sistemas no tienen la capacidad de intercambiar materia con el ambiente. Sólo intercambian energía. Por ejemplo, la botella de hielo que tenía nuestro compañero de laboratorio. Esa botella permanecía cerrada la mayor cantidad de tiempo, con una tapa, para evitar que pierda contenido y provoque un desastre en su mochila. En otras palabras, había un ingreso de energía (entra luz y calor) y un egreso de energía (podíamos ver el contenido de la botella porque la luz que entró a la botella “revotó” en el hielo y llegó a nuestros ojos). Pero en ningún momento, con la tapa puesta, hubo entrada o salida de materia. Esto es lo que caracteriza a un sistema cerrado.

Un sistema cerrrado -escribió la profe- es un sistema que no intercambia materia pero sí energía con el ambiente.

Un buen esquema sería el siguiente:

Los sistemas cerrados son bastante comunes de hallar en la vida cotidiana. Ejemplos pueden ser las latas o los cartones de leche o bebidas en las góndolas de un supermercado, un habitación con las ventanas y las puertas cerradas, una cartuchera cerrada y un montón de ejemplos más.

Los sistemas aislados.

Los sistemas aislados son muy difíciles de encontrar en la naturaleza. En ellos, no hay intercambio de materia ni de energía. Son tan difíciles de hallar que prácticamente podemos decir que no existen, dado que un sistema aislado -como un termo o un iglú herméticamente cerrado- tarde o temprano terminará ganando o perdiendo energía. Pero, si analizamos el caso poniendo ejemplos ideales, podríamos pensar en algún que otro ejemplo, tales como los mencionados en este párrafo.

¿Por qué es un sistema aislado un termo? Sucede que un termo mantiene la temperatura de lo que tiene dentro por un buen rato. Esto significa que, si no se abrió, no entra materia ni sale materia y tampoco hay intercambio de energía que haga que el contenidos se caliente o enfríe.

La gran profe escribió entonces:

Un sistema no intercambia ni materia ni energía con el ambiente.

Conclusión

Se denomina Sistema Abierto a un sistema capaz de intercambiar energía y materia con el entorno; un Sistema Cerrado sólo intercambia energía y un Sistema Aislado no intercambia ni materia ni energía.

Actividades:

Clasifica los siguientes sistemas en abiertos, cerrados o aislados. Justificá tu elección.

1. Un termo de café cerrado.
2. Un frasco cerrado de aceitunas en una góndola de supermercado.
3. Un cocodrilo.
4. Un iglú herméticamente cerrado.
5. Un vaso de agua tapado.
6. Un cajón de frutas en una verdulería.
7. La consola de una Xbox360.
8. Una vela ardiendo.
9. Una célula viva en la flora intestinal.
10. El motor de un auto.

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