Физика: механика и термодинамика (стр. 10 из 10)
где Тпл - температура плавления, Тн—начальная температура кристаллической фазы, с - удельная теплоемкость олова: с =2,3 • 102 Дж/(кг×К), m - масса олова.
На втором этапе - при плавлении, изменение энтропии определяется по формуле:
(8)
где l — удельная теплота плавления (для олова l=5,85×104 Дж/кг).
Полное изменение энтропии равно:
(9)Эта величина положительна DS >0, если рассматриваемый процесс сопровождается притоком теплоты в систему, т.е. при нагревании и плавлении. При кристаллизации и охлаждении DS<0. Для вычисления DS надо знать параметры, входящие в (9), в частности, необходимо измерить температуру плавления и температуру кристаллизации олова.
Измерения и обработка результатов
1. Изучите описание экспериментальной установки. При работе особое внимание уделитьтехнике безопасности:
· Включайте нагреватель только с разрешения преподавателя.
· Не касайтесь металлических деталей установки во время его работы. Опасайтесь ожогов.
· Прежде, чем производить любые манипуляции с прибором выньте вилку трансформатора из розетки.
2. Подготовьте прибор к работе. Для этого опустите пробирку с оловом в горловину печи. Подключить мультиметр к гнездам термопары, выставив его на 200mV постоянногонапряжения.
3. Включите прибор (с разрешения преподавателя). Через каждые 20 –30 секундзаписывайте показания мультиметра. Данные заносите в таблицу 1 отчета. Когда милливольтметр покажет 12 – 13 мВ, процесснагревания остановите, отключив электропечь.
4. Для охлаждения образца поднимите его и отведите в сторону от электропечи. Для этого отверните винт крепления муфты штатива, поверните держатель пробирки и закрепить его в новом положении.
5. Произведите измерения температуры в процессе охлаждения образца. Для этого вновь необходимо отмечать показания милливольтметра через каждые 20-30 секунд. Этот процесс завершите при показаниях милливольтметра 4 – 5 мВ. (таблица 2)
6. Пользуясь градуировочным коэффициентом, переведите показания милливольтметра в градусы Цельсия с учетом комнатной температуры. Заполнить соответствующую строку в таблицах 1 и 2.
7. По полученным результатам постройте графики изменения температуры олова со временем tо=f(t). Желательно, чтобы в верхней части графики нагревания и охлаждения кончались и начинались из одной точки.
8. Вновь включите электропечь и повторно снимите данные для построения кривых нагревания-плавления и кристаллизации-охлаждения олова. Заполнить таблицы 3 и 4. Постройте на прежней координатной сетке новые графики tо=f(t). По горизонтальным участкам всех четырех кривых определите среднее значение температуры фазовых переходов: плавления Тпл и кристаллизации Ткр (по шкале Кельвина).
9. По данным эксперимента, используя выражения (7-9), вычислите:
· Изменение энтропии DS1 данного образца олова при изменении температуры от комнатной до температуры плавления олова.
· Изменение энтропии этого образца DS2 при плавлении олова.
· Полное изменение энтропии в процессе нагревания и плавления образца.
· Изменение энтропии DS3 данного образца олова при кристаллизации образца.
· Изменение энтропии DS4 данного образца олова при охлаждении образца от температуры кристаллизации до конечной температуры.
· Полное изменение энтропии образца при его кристаллизации и охлаждении.
Контрольные вопросы
1. Какими энергетическими превращениями сопровождается процесс плавления? Процесс кристаллизации?
2. Приведите примеры обратимых и необратимых термодинамических процессов.
3. Каков физический смысл «приведенной теплоты»? Почему в необратимых процессах сумма приведенных количеств теплоты не равна нулю?
4. Почему имеет смысл изменение энтропии, а не ее значение?
5. Каков вероятностный смысл понятия энтропия? Приведите примеры.
6. Как рассчитать изменение энтропии при нагревании? При фазовом переходе в веществе?
7. Каков принцип действия термопары? Дифференциальной термопары?
Отчет по лабораторной работе № 5
«Изучение изменения энтропии в неизолированной системе»
выполненной студент . . . . . курса, ...... Ф. И. ...........
группа …. «…»…………. 200...г.
Цель работы: .............................................................................................................................
Масса образца m = .... кг
Удельная теплоемкость олова с = .... Дж/кг×К
Удельная теплота плавления олова l = ... Дж/кг
Комнатная температура tк = ... °С
Таблица 1
| t, c |
| U, мВ |
| t°C |
Таблица 2
| t, c |
| U, мВ |
| t°C |
Таблица 3
| t, c |
| U, мВ |
| t°C |
Таблица 4
| t, c |
| U, мВ |
| t°C |
 |
Расчет изменения энтропии
При нагревании образца: Тн = ... К, Тпл = ... К, DS1 = ... Дж/К
При плавлении образца: Тпл = ... К DS2 = ... Дж/К
Полное изменение при нагревании и плавлении: DS = ... Дж/К
При кристаллизации образца: Ткр = ... К, Тк = ... К, DS3 = ... Дж/К
При охлаждении образца: Ткр = ... К,Тк = ... К, DS4 = ... Дж/К
Полное изменение при кристаллизации и охлаждении: DS = ... Дж/К
Выводы: ………………………………………………………………………………………..
[1] Анализ формулы (13) показывает наличие минимума у периода колебаний при ml2=J0.
[2]Оценка погрешности измерения производится по данным первого опыта с указанием погрешностей всех величин, входящих в расчетную формулу. В окончательный результат вносится среднее по всем опытам значение вязкости.