Physikalische Systeme

Beim Herabfallen eines Steines, beim Hochwerfen eines Balles oder beim Abbremsen eines Autos gehen Energieumwandlungen vor sich. Um solche Vorgänge auch quantitativ beschreiben zu können, muss der Bereich, den man beschreibt, von seiner Umgebung abgegrenzt werden.

In der Physik wird ein von seiner Umgebung abgegrenzter Bereich als System oder als physikalisches System bezeichnet.

Von der Umgebung ist es durch die Systemgrenze abgegrenzt. Je nach der Art der Abgrenzung zwischen System und Umgebung unterscheidet man offene Systeme, geschlossene Systeme und abgeschlossene Systeme. In der nachfolgenden Übersicht sind diese drei Arten von Systemen genauer gekennzeichnet.

Von besonderer Bedeutung sind abgeschlossene Systeme. In einem solchen abgeschlossenen System kann sich die Energie zwar von einer Form in andere Formen umwandeln oder von einem Körper auf andere Körper übertragen werden. Die Gesamtenergie des Systems bleibt aber erhalten.

Solche Größen, deren Betrag in einem abgeschlossenen System erhalten bleibt, nennt man in der Physik Erhaltungsgrößen.
Die Energie ist eine solche Erhaltungsgröße. Andere Erhaltungsgrößen sind der Impuls und der Drehimpuls. Der Impuls eines Körpers ist gleich dem Produkt aus seiner Masse und seiner Geschwindigkeit, Der Drehimpuls das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit. Auch der Energieerhaltungssatz, der Impulserhaltungssatz und der Drehimpulserhaltungssatz gelten nur für abgeschlossene Systeme.

Spezielle physikalische Systeme

In verschiedenen Bereichen der Physik ist es üblich, den Systembegriff zu spezifizieren. So verwendet man in der Mechanik häufig den Begriff des mechanischen Systems, speziell den Begriff abgeschlossenes mechanisches System. Gemeint ist damit ein System, in den nur mechanische Wechselwirkungen vor sich gehen und wo innerhalb des Systems keine mechanische Energie in andere Energieformen umgewandelt wird. Das ist dann der Fall, wenn keine Reibung auftritt oder die Reibung so klein ist, dass sie vernachlässigt werden kann. Ein Beispiel dafür ist ein Fadenpendel in einem Zeitraum von einigen Perioden oder ein Stein, der eine relativ kurze Strecke herabfällt.
In der Thermodynamik bezieht man sich häufig auf ein thermodynamisches System, das offen, geschlossen oder abgeschlossen sein kann. Gekennzeichnet ist ein solches System dadurch, dass man es mit thermodynamischen Zustandsgrößen (innere Energie, Druck, Volumen, Temperatur) beschreibt.
Auch für diese speziellen Arten von Systemen gelten die allgemeinen Aussagen, die oben zu physikalischen Systemen getroffen worden sind.