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 5

3. Определение погрешностей при прямых измерениях 6

4. Определение погрешностей при косвенных измерениях 8

5. Оформление отчета о работе 10

6. Лабораторная работа №1 «Исследование упругого удара шаров» 12

7. Лабораторная работа №2 «Определение момента инерции

махового колеса и силы трения в опоре» 17

8. Лабораторная работа №3 «Определение модуля Юнга по растяжению

проволоки» 22

9. Лабораторная работа №4 «Опытная проверка уравнения Бернулли» 26

10. Лабораторная работа №5 «Определение коэффициента

поверхностного натяжения жидкости» 32

11. Лабораторная работа №6 «Определение коэффициента

внутреннего трения жидкости и его зависимости от

температуры методом падающего шарика» 36

12. Лабораторная работа №7 «Определение коэффициента

внутреннего трения газа, средней длины свободного пробега

и эффективного диаметра его молекул» 41

13. Лабораторная работа №8 «Определение отношения удельных

теплоемкостей газа методом адиабатического расширения» 46

14. Лабораторная работа №9 «Определение приращения энтропии при

нагревании и плавлении олова» 51