Definimos sistema como un conjunto de componentes interrelacionados entre sí que funcionan con el fin de llegar a una meta o propósito en común. Un sistema puede existir y funcionar en varios contextos o entornos.
Si bien encontramos numerosos ejemplos y tipos de sistemas, pueden ser subclasificados como sistemas abiertos o sistema cerrados.
¿Qué es un sistema cerrado?
Un sistema cerrado, en el contexto de la teoría de sistemas, se refiere a un sistema que no interactúa con su entorno ni intercambia materia o energía con él. En un sistema cerrado, los límites se definen de tal manera que está aislado de influencias externas. Esto significa que el sistema es autónomo y opera en base a sus dinámicas y recursos internos.
Características de los sistemas cerrados
En un sistema cerrado
- A diferencia de la mayoría de los sistemas, las interacciones y los procesos que ocurren dentro del sistema son autosuficientes
- El comportamiento del sistema está determinado únicamente por sus componentes y reglas internas.
- Los sistemas cerrados se utilizan a menudo como un concepto idealizado en modelos científicos y teóricos para simplificar el análisis y comprender la dinámica interna de un sistema de forma aislada.
Es importante tener en cuenta que, en realidad, los sistemas completamente cerrados son raros, ya que la mayoría de los sistemas que se conocen interactúan con su entorno hasta cierto punto. Sin embargo, el concepto de sistema cerrado proporciona un marco útil para estudiar y comprender el funcionamiento interno de un sistema sin tener en cuenta las influencias externas.
Diferencias entre sistemas abiertos y sistemas cerrados
Los sistemas cerrados y los sistemas abiertos son dos conceptos contrapuestos en la teoría de sistemas. Estas son las diferencias clave entre ellos:
a) Interacción con el entorno: Los sistemas cerrados están aislados de su entorno y no intercambian materia ni energía con él. Por el contrario, los sistemas abiertos interactúan con su entorno, recibiendo entradas y liberando salidas. Estas entradas y salidas pueden incluir recursos, información, energía o desechos.
b) Definición de límites: los sistemas cerrados tienen límites bien definidos que los separan del contexto externo. Estos límites determinan qué se considera parte del sistema y qué no. Los sistemas abiertos tienen fronteras permeables que permiten el flujo de entradas y salidas entre el sistema y su entorno.
c) Dependencia del entorno: los sistemas cerrados son autónomos y autosuficientes y dependen únicamente de recursos y procesos internos para mantener sus funciones. Los sistemas abiertos, por otro lado, dependen de su entorno para obtener insumos como materias primas, energía, información o retroalimentación. Requieren estos insumos para mantener sus operaciones y lograr sus objetivos.
d) Adaptación y Evolución: Los sistemas cerrados tienen una capacidad limitada de adaptación y evolución porque están desconectados de las influencias externas. Tienden a operar en base a reglas o mecanismos internos fijos. Sin embargo, los sistemas abiertos pueden adaptarse, evolucionar y aprender de sus interacciones con el medio ambiente. Pueden responder a los cambios, ajustar sus comportamientos y mejorar su desempeño con el tiempo.
e) Complejidad y Dinámica: Los sistemas cerrados suelen ser más simples y tienen comportamientos más predecibles porque no están influenciados por factores externos. Los sistemas abiertos, debido a sus interacciones con el medio ambiente, pueden exhibir una mayor complejidad y dinámica. Están sujetos a diversas influencias externas, ciclos de retroalimentación y propiedades emergentes que surgen de las interacciones entre el sistema y su entorno.
f) Entropía y equilibrio: los sistemas cerrados tienden a moverse hacia el equilibrio o un estado de máxima entropía con el tiempo, ya que tienen fuentes de energía o insumos limitados para sostener sus operaciones. Los sistemas abiertos, por el contrario, pueden mantener un estado estacionario o un equilibrio dinámico mediante el intercambio continuo de materia, energía e información con su entorno.
Es importante tener en cuenta que estas distinciones entre sistemas representan conceptos idealizados y, en realidad, la mayoría de los sistemas tienen diversos grados de apertura. El concepto de sistemas abiertos proporciona un marco más realista para comprender los sistemas del mundo real, ya que a menudo están influenciados por su entorno e interactúan con él.
5 ejemplos de sistemas cerrados
1. Un frasco sellado de frutas en conserva
Una vez que el frasco está sellado, se convierte en un sistema cerrado. Los frutos del interior interactúan entre sí y sufren cambios químicos como la fermentación o la conservación. El sistema opera en base a las condiciones internas y los recursos dentro del frasco, sin ningún intercambio de materia o energía con el ambiente externo.
2. Una batería recargable
Cuando una batería recargable se desconecta de cualquier fuente de alimentación externa, se puede considerar un sistema cerrado. Las reacciones químicas que ocurren dentro de la batería permiten la conversión de la energía química almacenada en energía eléctrica. La batería funciona en función de sus procesos y recursos químicos internos hasta que se agota y necesita recargarse.
3. Una bola de nieve
Una bola de nieve es un sistema cerrado que consiste en un recipiente de vidrio sellado con agua, purpurina y una pequeña figurita. Cuando se agita, los copos de nieve o el brillo se arremolinan debido al movimiento interno creado. El sistema permanece autónomo y los copos de nieve continúan circulando dentro del globo sin ninguna interacción con el entorno externo.
4. Un reloj de péndulo
Un reloj de péndulo puede considerarse un sistema cerrado siempre que no esté influenciado por fuerzas externas. El reloj opera en base a las interacciones entre el péndulo, los engranajes y los pesos dentro del mecanismo del reloj. Mantiene el tiempo basado en las oscilaciones regulares del péndulo, que son sostenidas por la energía potencial almacenada en el peso. El funcionamiento del reloj no depende de fuentes de energía o influencias externas.
5. Gas confinado dentro de un recipiente rígido.
Las moléculas de gas se consideran el sistema, y el contenedor actúa como un límite que aísla el gas del ambiente externo.
En un sistema cerrado de gas ideal, las moléculas de gas interactúan únicamente entre sí a través de colisiones, y no hay intercambio de materia o energía con el entorno. El número total de moléculas de gas y la energía interna total del gas permanecen constantes.
El comportamiento del gas dentro del sistema cerrado se puede estudiar utilizando las leyes de la termodinámica, como la ley de los gases ideales y las leyes que rigen el comportamiento de las partículas en movimiento, como la teoría cinética de los gases. Al examinar las propiedades del gas, como su presión, volumen y temperatura, se pueden hacer predicciones sobre su comportamiento y estudiar varios procesos dentro del sistema, como expansiones o compresiones adiabáticas o isotérmicas. Es importante tener en cuenta que, si bien un gas ideal en un recipiente rígido se usa a menudo como un ejemplo simplificado de un sistema cerrado en física, es una idealización. En realidad, los verdaderos sistemas cerrados, completamente aislados del ambiente externo, son raros. Sin embargo, el estudio de sistemas cerrados permite un análisis simplificado y la exploración de los principios fundamentales de la física.