Sistema aislado
Un sistema aislado es el que no intercambia materia ni energía con su entorno, por lo que su energía total y su momento se conservan.
Un sistema aislado es aquel que no intercambia con su entorno ni materia ni energía. Es un modelo ideal muy útil en termodinámica y en mecánica, porque permite aplicar con precisión las leyes de conservación: en un sistema aislado la energía total, el momento lineal y el momento angular permanecen constantes.
¿Qué es un sistema aislado?
En física, un sistema es la porción del universo que se elige estudiar; todo lo demás es el entorno. La frontera que los separa puede dejar o no pasar materia, calor o trabajo. Cuando no deja pasar nada, el sistema está aislado. La palabra «aislado» viene del italiano isolato, «hecho isla», y de insula, isla en latín.
Un aislamiento perfecto no existe en la práctica, pues siempre hay alguna interacción residual, por ejemplo la gravedad o la radiación. Se trata de una idealización que resulta correcta cuando los intercambios son despreciables frente a las magnitudes que se estudian.
Tipos de sistemas termodinámicos
| Tipo de sistema | Intercambia materia | Intercambia energía | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Abierto | Sí | Sí | Una olla destapada al fuego, un ser vivo |
| Cerrado | No | Sí (calor y trabajo) | Una olla a presión cerrada sobre el fuego |
| Aislado | No | No | Un termo perfecto y cerrado (aproximación); el universo, como hipótesis |
Un termo bien cerrado se aproxima a un sistema aislado durante un tiempo corto: sus paredes dobles con vacío reducen mucho el intercambio de calor, aunque no lo anulan del todo.
Sistema aislado en mecánica
En mecánica, un sistema de partículas se considera aislado cuando sobre él no actúan fuerzas externas, o cuando su resultante es nula. Según la tercera ley de Newton, las fuerzas internas se anulan por pares y no cambian el momento lineal total. Se obtiene así el principio de conservación del momento lineal:
Esto permite resolver choques y explosiones sin conocer los detalles de las fuerzas internas. Si además solo actúan fuerzas conservativas, se conserva también la energía mecánica; en un choque inelástico parte de la energía cinética se transforma en calor y deformación, aunque la energía total sigue siendo la misma.
Sistema aislado en termodinámica
Para un sistema aislado, la primera ley de la termodinámica establece que su energía interna es constante:
La segunda ley añade que, en cualquier proceso espontáneo dentro de un sistema aislado, la entropía no disminuye:
La igualdad solo vale para procesos reversibles ideales. Por eso un sistema aislado evoluciona hacia el equilibrio, el estado de máxima entropía. Si se encierran en una caja aislada un cuerpo caliente y otro frío, el calor fluye del caliente al frío hasta que ambos alcanzan la misma temperatura, y nunca al revés de forma espontánea.
Ejemplos
- Dos patinadores sobre hielo que se empujan: sin rozamiento ni fuerzas externas horizontales, su momento total se conserva.
- Una reacción química dentro de un calorímetro bien aislado y cerrado.
- Una explosión en el espacio, lejos de todo campo gravitatorio apreciable.
- El universo en su conjunto, si se acepta que no tiene «exterior»; es una hipótesis habitual en cosmología.
Ejercicios resueltos
1. Un vagón de 2 kg se mueve a 3 m/s y choca con otro de 1 kg en reposo, quedando ambos unidos. Considerando un sistema aislado y sin rozamiento, calcula la velocidad final.
Conservación del momento: 2·3 + 1·0 = (2 + 1)·v ⇒ v = 6 / 3 = 2 m/s.
2. En el choque anterior, ¿cuánta energía cinética se disipa?
Antes: ½·2·3² = 9 J. Después: ½·3·2² = 6 J. Se disipan 9 − 6 = 3 J, en forma de calor y deformación; la energía total del sistema sigue siendo la misma.
3. Dos bloques de agua de 1 kg cada uno, a 20 °C y 80 °C, se mezclan en un recipiente aislado. ¿Cuál es la temperatura final? (mismo calor específico)
Al ser Q = 0 en total: m·c·(T − 20) + m·c·(T − 80) = 0 ⇒ T = (20 + 80)/2 = 50 °C.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre sistema aislado y cerrado?
Un sistema cerrado no intercambia materia, pero sí energía en forma de calor o trabajo. Uno aislado no intercambia ni materia ni energía.
¿Existe un sistema perfectamente aislado?
No en la práctica: siempre hay intercambios mínimos, como radiación o gravedad. Es un modelo ideal, válido cuando los intercambios son despreciables.
¿Qué se conserva en un sistema aislado?
La energía total, el momento lineal, el momento angular y la carga eléctrica. En los sistemas aislados con fuerzas disipativas la energía mecánica no se conserva, pero sí la energía total.
¿Qué pasa con la entropía en un sistema aislado?
Nunca disminuye: aumenta en los procesos irreversibles y permanece constante en los reversibles ideales. Es la base de la segunda ley de la termodinámica.
Referencias
- Çengel, Y. A. y Boles, M. A. Termodinámica. McGraw-Hill.
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Zemansky, M. W. y Dittman, R. H. Calor y termodinámica. McGraw-Hill.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Sistema aislado». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/sistema-aislado/
