closed-system

Käsite · systeemiajattelu · järjestelmätyypit · termodynamiikka

Suljettu järjestelmä on järjestelmä, joka voi vaihtaa energiaa ympäristönsä kanssa mutta jonka aineenvaihto ympäristön kanssa on nolla. Käsite on keskeinen sekä fysikaalisessa termodynamiikassa että systeemiajattelussa, joissa se toimii teoreettisena ihannemallina.

Määritelmä

Closed system (suljettu järjestelmä) on järjestelmä, joka on eristetty aineen vaihdolta mutta ei välttämättä energian vaihdolta ympäristöönsä. Energia — lämpönä, säteilynä tai työnä — voi ylittää järjestelmän rajan, mutta ainetta (massaa) ei.

Termodynamiikassa suljettu järjestelmä on yksi kolmesta perustyypistä:

open-system — vaihtaa sekä energiaa että ainetta.
closed-system — vaihtaa energiaa, mutta ei ainetta.
isolated-system — ei vaihda energiaa eikä ainetta.

Systeemiajattelussa erottelu on tärkeä, koska se määrittää, mitkä lait ja mallit sopivat järjestelmän käyttäytymisen kuvaamiseen. Esimerkiksi termodynamiikan ensimmäinen pätee kaikkiin järjestelmiin, mutta entropian kasvulaki pätee puhtaasti vain eristettyyn järjestelmään.

Alkuperä

Suljetun järjestelmän käsite on peräisin 1800-luvun termodynamiikasta. Sadi Carnot, Rudolf Clausius ja Ludwig Boltzmann kehittivät käsitteen osana energian ja entropian lakeja. Termodynamiikan toinen pääsääntö (entropian kasvu) muotoiltiin alun perin nimenomaan suljetuille järjestelmille.

Ludwig von Bertalanffy siirsi käsitteen yleiseen systeemiteoriaan 1940-luvulla erottaakseen avoimet ja suljetut järjestelmät biologian ja yhteiskuntatieteiden kontekstissa. Hän argumentoi, että elävät organismit ovat avoimia järjestelmiä ja että perinteinen termodynamiikka ei suoraan selitä niitä. Tämä erottelu on säilynyt systeemiajattelun peruskäsitteistönä.

Donella Meadows täydensi luokittelua teoksessaan Thinking in Systems korostamalla, että käytännössä kaikki kiinnostavat järjestelmät — taloudet, ekosysteemit, organisaatiot — ovat avoimia. Suljettu järjestelmä on ensisijaisesti analyyttinen apuväline.

Yhteydet muihin käsitteisiin

open-system — suljetun järjestelmän vastakohta; vaihtaa sekä ainetta että energiaa.
isolated-system — suljetumpi erikoistapaus; ei vaihda energiaakaan.
boundary — raja, joka määrittää, mikä on aineenvaihto ja mikä ei.
environment — ympäristö, jonka kanssa energiaa vaihdetaan.
equilibrium — suljettu järjestelmä lähestyy termodynaamista tasapainoa.
system — yläkäsite, jonka alatyyppi closed-system on.

Missä oppitunneissa käsitellään

Käsite esitellään johdannossa Järjestelmän perusteet osana kolmijaottelua open/closed/isolated. Sitä syvennetään oppitunneilla Termodynamiikka systeemiajattelussa sekä Avоит vs suljetut järjestelmät.

Lähteet