Caractéristiques et exemples de systèmes non homogènes

Le système inhomogène en est une qui malgré son homogénéité apparente, ses propriétés peuvent varier dans certains endroits de l'espace. La composition de l'air, par exemple, même s'il s'agit d'un mélange homogène de gaz, varie en fonction de l'altitude.

Mais qu'est-ce qu'un système? Un système est généralement défini comme un ensemble d'éléments connexes qui fonctionnent dans leur ensemble. On peut également ajouter que ses éléments interviennent conjointement pour remplir une certaine fonction. C'est le cas des systèmes digestif, circulatoire, nerveux, endocrinien, rénal et respiratoire.

Cependant, un système peut être aussi simple qu'un verre d'eau (image du haut). Notez que l'ajout d'une goutte d'encre se décompose dans ses couleurs et se répand dans le volume d'eau. C'est aussi un exemple de système inhomogène.

Lorsque le système se compose d'un espace spécifique sans limites précises en tant qu'objet physique, on parle alors d'un système matériel. La matière présente un ensemble de propriétés telles que la masse, le volume, la composition chimique, la densité, la couleur, etc.

Index

• 1 Propriétés et états d'un système
  • 1.1 Les propriétés étendues
  • 1.2 Propriétés intensives
  • 1.3 États de la matière
• 2 Caractéristiques des systèmes homogènes, hétérogènes et non homogènes
  • 2.1 Système uniforme
  • 2.2 - système hétérogène
  • 2.3 - Système non homogène
• 3 exemples de systèmes non homogènes
  • 3.1 Une goutte d'encre ou de colorant dans l'eau
  • 3.2 Les ondulations de l'eau
  • 3.3 Inspiration
  • 3.4 Expiration
• 4 références

Propriétés et états d'un système

Les propriétés physiques de la matière sont divisées en propriétés étendues et en propriétés intensives.

Les propriétés étendues

Ils dépendent de la taille de l'échantillon considéré, par exemple sa masse et son volume.

Les propriétés intensives

Ce sont ceux qui ne varient pas avec la taille de l'échantillon considéré. Parmi ces propriétés figurent la température, la densité et la concentration.

États de la matière

D'autre part, un système dépend également de la phase ou de l'état dans lequel la matière se rapporte auxdites propriétés. Ainsi, la matière présente trois états physiques: solide, gazeux et liquide.

Un matériau peut présenter un ou plusieurs états physiques; Tel est le cas de l'eau liquide en équilibre avec la glace, solide en suspension.

Caractéristiques des systèmes homogènes, hétérogènes et non homogènes

Système homogène

Le système homogène se caractérise par la même composition chimique et des propriétés intensives égales dans toute son extension. Il présente une seule phase pouvant être à l'état solide, à l'état liquide ou à l'état gazeux.

Les exemples du système homogène sont: l'eau pure, l'alcool, l'acier et le sucre dissous dans l'eau. Ce mélange constitue ce qu'on appelle une vraie solution, caractérisée par le fait que le soluté a un diamètre inférieur à 10 millimicres, est stable à la gravité et à l'ultracentrifugation.

- système hétérogène

Le système hétérogène présente des valeurs différentes pour certaines des propriétés intensives des différents sites du système considéré. Les sites sont séparés par des surfaces de discontinuité, qui peuvent être des structures membraneuses ou des surfaces de particules.

La dispersion brute de particules d'argile dans l'eau est un exemple de système hétérogène. Les particules ne se dissolvent pas dans l'eau et restent en suspension pendant que l'agitation du système est maintenue.

Lorsque l'agitation cesse, les particules d'argile se déposent sous l'action de la gravité.

De même, le sang est un exemple de système hétérogène. Il est constitué de plasma et d'un groupe cellulaire, parmi lesquels se trouvent des érythrocytes, séparés du plasma par leurs membranes plasmiques qui fonctionnent comme des surfaces de discontinuité.

Le plasma et l'intérieur des érythrocytes présentent des différences de concentration de certains éléments tels que le sodium, le potassium, le chlore, le bicarbonate, etc.

-Système inhomogène

Il se caractérise par des différences entre certaines des propriétés intensives dans différentes parties du système, mais ces parties ne sont pas séparées par des surfaces de discontinuité bien définies.

Surfaces de discontinuité

Ces surfaces de discontinuité peuvent être, par exemple, les membranes plasmiques qui séparent l'intérieur cellulaire de son environnement ou les tissus qui recouvrent un organe.

On dit que dans un système inhomogène, les surfaces de discontinuité ne sont pas visibles ni en ultramicroscopie. Les points du système inhomogène sont séparés principalement par l'air et les solutions aqueuses dans les systèmes biologiques.

Entre deux points du système non homogène, il peut y avoir, par exemple, une différence de concentration de certains éléments ou composés. Une différence de température peut également se produire entre les points.

Diffusion d'énergie ou de matière

Dans les circonstances ci-dessus, un flux passif (qui ne nécessite pas de dépense d'énergie) de matière ou d'énergie (chaleur) se produit entre les deux points du système. Par conséquent, la chaleur va migrer vers des zones plus froides et importée vers des zones plus diluées.Ainsi, les différences de concentration et de température diminuent grâce à cette diffusion.

La diffusion se produit par le simple mécanisme de diffusion. Dans ce cas, cela dépend fondamentalement de l’existence d’un gradient de concentration entre deux points, de la distance qui les sépare et de la facilité de traverser le milieu entre les points.

Maintenir la différence de concentration entre les points du système nécessite un apport d’énergie ou de matière, car les concentrations sur tous les points seraient égalisées. Par conséquent, le système inhomogène deviendrait un système homogène.

Instabilité

Une caractéristique pour se démarquer du système inhomogène est son instabilité, raison pour laquelle dans de nombreux cas, il nécessite une alimentation en énergie pour sa maintenance.

Exemples de systèmes inhomogènes

Une goutte d'encre ou de colorant dans l'eau

En ajoutant une goutte de colorant à la surface de l'eau, la concentration du colorant sera initialement plus élevée à la surface de l'eau.

Il y a donc une différence dans la concentration du colorant entre la surface du verre d'eau et les points sous-jacents. De plus, il n'y a pas de surface de discontinuité. Donc, en conclusion, il s’agit d’un système non homogène.

Par la suite, du fait de l'existence d'un gradient de concentration, le colorant diffusera vers le liquide jusqu'à ce que la concentration du colorant dans toute l'eau du verre soit égalisée, reproduisant ainsi le système homogène.

Les ondulations de l'eau

Lorsqu'une pierre est lancée à la surface de l'eau d'un étang, il se produit une perturbation qui se propage sous la forme d'ondes concentriques à partir du site d'impact de la pierre.

La pierre qui frappe un certain nombre de particules d'eau leur transmet de l'énergie. Par conséquent, il existe une différence d'énergie entre les particules initialement en contact avec la pierre et le reste des molécules d'eau sur la surface.

En l'absence d'une surface de discontinuité dans ce cas, le système observé est inhomogène. L'énergie produite par l'impact de la pierre se propage à la surface de l'eau sous la forme d'une onde, atteignant le reste des molécules d'eau à la surface.

L'inspiration

La phase inspiratoire de la respiration se déroule brièvement de la manière suivante: lorsque les muscles inspiratoires se contractent, en particulier le diaphragme, une expansion de la cage thoracique se produit. Cela se traduit par une tendance à augmenter le volume des alvéoles.

La distension alvéolaire entraîne une diminution de la pression d'air intra-alvéolaire, la rendant inférieure à la pression atmosphérique. Cela produit un flux d'air de l'atmosphère vers les alvéoles, à travers les conduits d'air.

Ensuite, au début de l'inspiration, il existe une différence de pression entre les narines et les alvéoles, en plus de la non-existence de surfaces de discontinuité entre les structures anatomiques mentionnées. Par conséquent, le système actuel est inhomogène.

Expiration

Dans la phase expiratoire, le phénomène inverse se produit. La pression intra-alvéolaire devient supérieure à la pression atmosphérique et l'air circule dans les passages d'air, des alvéoles à l'atmosphère, jusqu'à ce que les pressions expiratoires soient égalisées.

Puis, au début de l'expiration, il existe une différence de pression entre deux points, les alvéoles pulmonaires et les narines. De plus, il n'y a pas de surfaces de discontinuité entre les deux structures anatomiques indiquées, il s'agit donc d'un système non homogène.

Références

1. Wikipedia. (2018). Système matériel Tiré de: en.wikipedia.org
2. Martín V. Josa G. (29 février 2012). Université nationale de Córdoba. Récupéré de: 2.famaf.unc.edu.ar
3. Cours de chimie (2008). Physico-chimique. Tiré de: clasesdquimica.wordpress.com
4. Jiménez Vargas, J. et Macarulla, J. M. Physiologie Physique. 1984. Sixième édition. Editorial Interamericana.
5. Ganong, W. F. Examen de la physiologie médicale. 2003 vingt et unième édition. McGraw-Hill Companies, inc.