 |
Определение приращения энтропии при
|
|
|
|
НАГРЕВАНИИ И ПЛАВЛЕНИИ ОЛОВА.
Приборы и принадлежности:
1. тигель с оловом, смонтированный в микроэлектропечи;
2. термопара;
3. сосуд с маслом;
4. милливольтметр;
5. градуировочный график термопары;
6. автотрансформатор и амперметр.
Цель работы: определение приращения энтропии при фазовом переходе первого рода на примере плавления олова.
Теория метода и описание установки
В середине прошлого века было сделано существенное открытие, касающееся обратимых термодинамических процессов. Оказалось, что наряду с внутренней энергией у тела имеется еще одна замечательная функция состояния – энтропия. Если тело или система при бесконечно малом переходе из одного состояния в другое при температуре Т получает тепло dQ, то отношение 
является полным дифференциалом некоторой функции S. Эта функция и есть энтропия, определяющаяся одним из двух эквивалентных равенств:
, 
(1)
Утверждение о существовании функции, дифференциал которой есть , носит название принципа существования энтропии и является одним из важнейших законов природы.
Энтропия изолированной системы при любых происходящих в ней процессах не может убывать:
Это утверждение носит название закона возрастания энтропии или второго начала термодинамики.
Энтропию в кинетической теории или статистической механике отождествляют со степенью хаотичности движения в системе. Энтропия системы мала, когда движение в системе упорядоченно или когда распределение частиц в ней по скоростям маловероятно. В физических процессах упорядоченные системы стремятся стать неупорядоченными. Энтропия является количественной мерой степени молекулярного беспорядка в системе.
|
|
|
В данной работе нужно найти изменение энтропии 
при нагревании и плавлении олова.
, (2)
где 
- приращение энтропии при нагревании олова от комнатной температуры 
до температуры плавления 
;
- приращение энтропии при плавлении олова.
Согласно формуле (1):
+ 
= 
+ 
= 
+ 
, (3)
где dQ 
и dQ 
- бесконечно малые количества теплоты, полученные при нагревании и плавлении;
- комнатная температура;
- температура плавления;
с - удельная теплоемкость олова;
- удельная теплота плавления олова;
m - масса олова.
Рабочая схема установки показана на рисунке. Температура олова измеряется при помощи термопары, один спай которой погружают в тигель с оловом, а другой спай – в сосуд с маслом, в котором практически сохраняется комнатная температура. Термо - э.д.с., возникающая в цепи термопары при наличии разности температур в спаях, измеряется милливольтметром.
Порядок выполнения работы
1. Измерить начальную температуру олова при помощи термометра, находящегося в масле.
2. Включить одновременно цепь печи и секундомер, записывая через каждую минуту показания милливольтметра и время в таблицу. Измерения проводить до тех пор, пока термо – э.д.с. не достигнет постоянной величины, а затем начнет увеличиваться.
3. Построить график зависимости показаний милливольтметра от времени 
.
4. По построенному графику определить показание милливольтметра (напряжение), соответствующее участку кривой, параллельной оси времени.
5. По калибровочному графику термопары (на установке) определить разность температур 
между горячим и холодным спаями при плавлении.
6. Вычислить температуру плавления по формуле:
7. По формуле (3) вычислить приращение энтропии при нагревании и плавлении олова; масса олова, удельная теплоемкость и удельная теплота плавления записаны на установке
Таблица
|
|
|
| № опыта |  , мин
| U, мВ 
|
Контрольные вопросы
1. Введите понятие энтропии.
2. Сформулируйте принцип возрастания энтропии (второй закон термодинамики)
3. Что означает выражение: “энтропия - функция состояния системы”?
4. Что такое обратимые и необратимые процессы?
5. Объясните несостоятельность вывода о неизбежности “тепловой смерти” Вселенной.
Литература
1. Б.М. Яворский и др. Курс физики, т 1
2. А.С. Шубин Курс общей физики
3. И.В. Савельев Курс общей физики, т 1
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
1. Введение 3
2. Измерение физических величин и вычисление погрешностей 4
3. Определение погрешностей при прямых измерениях 5
4. Определение погрешностей при косвенных измерениях 7
5. Оформление отчета о работе 9
6. Лабораторная работа №1 «Исследование упругого удара шаров» 11
7. Лабораторная работа №2 «Определение момента инерции
махового колеса и силы трения в опоре» 16
8. Лабораторная работа №3 «Определение модуля Юнга по растяжению
проволоки» 21
9. Лабораторная работа №4 «Опытная проверка уравнения Бернулли» 25
10. Лабораторная работа №5 «Определение коэффициента
поверхностного натяжения жидкости» 31
11. Лабораторная работа №6 «Определение коэффициента
внутреннего трения жидкости и его зависимости от
температуры методом падающего шарика» 35
12. Лабораторная работа №7 «Определение коэффициента
внутреннего трения газа, средней длины свободного пробега
и эффективного диаметра его молекул» 40
13. Лабораторная работа №8 «Определение отношения удельных
теплоемкостей газа методом адиабатического расширения» 45
14. Лабораторная работа №9 «Определение приращения энтропии при
нагревании и плавлении олова» 50
|
|
|
