محیط: آنچه که سیستم را احاطه میکند
محیط چیست؟ تعریف ساده با چند مثال
وقتی صحبت از یک سیستم میشود (مانند یک گیاه گلدانی، یک ماشین، یا یک شهر)، هرچیزی که خارج از آن سیستم قرار دارد، محیط آن سیستم نامیده میشود. محیط، بستری است که سیستم در آن قرار گرفته و با آن در تعامل است. برای درک بهتر، به این مثالها توجه کنید:
| سیستم مورد مطالعه | مهمترین اجزای محیط آن | نوع تعامل |
|---|---|---|
| یک ماهی در آکواریوم | آب، گیاهان آبی، غذای ماهی، نور لامپ، دمای اتاق | مبادلهای (ماهی اکسیژن میگیرد و دیاکسیدکربن میدهد) |
| کلیههای بدن انسان | خون، هورمونها، آب و نمکهای موجود در بدن | پالایش و تنظیم (کلیه، خون را تصفیه میکند) |
| یک مدار الکتریکی ساده (باتری و لامپ) | هوای اطراف (دما)، میز (جسم نگهدارنده)، نیروی جاذبه زمین | ایزوله (در طراحی ایدهآل، محیط نباید روی مدار تأثیر بگذارد) |
ویژگیهای اصلی و انواع محیط
محیط میتواند ویژگیهای مختلفی داشته باشد که بر رفتار سیستم تأثیر میگذارد. شناخت این ویژگیها به ما کمک میکند تا پیشبینی بهتری از عملکرد سیستم داشته باشیم.
الف) محیط بسته در مقابل محیط باز: محیط بسته محیطی است که تبادل ماده با سیستم ندارد، اما ممکن است تبادل انرژی داشته باشد. مانند یک قمقمهٔ کاملاً دربسته که آب داخل آن با خارج مبادله نمیشود. در مقابل، محیط باز هم اجازهٔ تبادل ماده و هم انرژی را میدهد. مانند یک لیوان آب رو باز که هم بخار آب (ماده) از آن خارج میشود و هم گرمای خود را (انرژی) به هوای اطراف میدهد.
ب) محیط پایدار در مقابل محیط متغیر: محیط پایدار محیطی است که شرایط آن (مثل دما، فشار، مواد شیمیایی) در طول زمان تغییر چندانی نمیکند. این ثبات به سیستم اجازه میدهد به تعادل3 برسد. محیط متغیر دائماً در حال تغییر است و سیستم باید دائماً خود را با آن تطبیق دهد یا از بین برود. مثال بارز آن، سازگاری جانوران با تغییرات فصلهاست.
محیط در زیستشناسی: اکوسیستمها و سازگاری
در زیستشناسی، مفهوم محیط نقشی مرکزی دارد. هر موجود زنده (سیستم) در محیط خاصی زندگی میکند و برای بقا باید با آن تعامل کند. به مجموعهای از موجودات زنده و محیط غیرزندهای که با هم در تعاملند، اکوسیستم4 میگویند. در اینجا، محیط شامل عوامل غیرزنده مانند نور خورشید، آب، خاک، دما و هوا میشود.
مثال: یک درخت بلوط (سیستم) را در جنگل در نظر بگیرید. محیط آن شامل خاکی است که ریشههایش در آن است، نور خورشیدی که برگهایش دریافت میکنند، بارانی که بر آن میبارد، حیواناتی که از میوههایش تغذیه میکنند و حتی هوایی که اطرافش جریان دارد. این درخت آب و مواد معدنی را از خاک (محیط) جذب میکند و در مقابل، با سایهاندازی و ریختن برگها بر خاک، بر محیط اطراف خود تأثیر میگذارد.
کاربرد عملی: چرا جداسازی سیستم از محیط مهم است؟
در علم و مهندسی، اغلب سعی میکنیم تأثیرات نامطلوب محیط را حذف یا کاهش دهیم تا بتوانیم رفتار خالص سیستم را مطالعه کنیم. این کار کنترل متغیرها نام دارد.
مثال آزمایشگاهی: برای اندازهگیری دقیق نقطهٔ جوش آب خالص، باید تأثیر ناخالصیها و فشار هوا (عوامل محیطی) را کنترل کرد. به همین دلیل از وسیلهای به نام ردیفنده5 استفاده میشود تا محیط اطراف آب در حال جوش، بسته و کنترلشده باشد.
مثال فناورانه: یک ماهواره (سیستم) در محیط خشن فضا قرار میگیرد: خلأ بالا، تشعشعات خطرناک خورشیدی و دمای بسیار متغیر. مهندسان برای محافظت از ماهواره، آن را درون پوششهای خاصی (محیط مصنوعی و کنترلشدهای) قرار میدهند تا بتواند در آن محیط خشن واقعی کار کند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1 محیط (Environment): تمام عوامل و شرایط خارجی که بر یک سیستم تأثیر میگذارند یا از آن تأثیر میپذیرند.
2 سیستم (System): مجموعهای از اجزا که با هم در تعامل هستند و یک کل واحد را تشکیل میدهند.
3 تعادل (Equilibrium): حالتی که در آن سیستم و محیط، در یک وضعیت پایدار قرار دارند و خواص قابل اندازهگیری آنها با زمان تغییر نمیکند.
4 اکوسیستم (Ecosystem): یک جامعهٔ زیستی به همراه محیط فیزیکی (غیرزنده) آن که با هم در تعامل هستند.
5 ردیفنده (Condenser): وسیلهای در آزمایشگاه که بخارها را سرد کرده و به مایع تبدیل میکند، تا محیط آزمایش بستهتر و کنترلشدهتر شود.
