27

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 41

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИРАЩЕНИЯ ЭНТРОПИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА ПРИ НАГРЕВАНИИ И ПЛАВЛЕНИИ

Первое начало термодинамики применительно к нагреванию и плавлению твердого тела (изменение его объема пренебрежимо, мало) записывается в виде

dQ » dU= m ×(c × dT + l) ,

(41.1)

где m – масса

твердого

тела; c – его

удельная

теплоемкость; l

– удельная

теплота плавления вещества.

Приращение энтропии твердого тела при нагревании и плавлении(см.

раздел 5) может быть найдено как

Tпл dQ

Tпл dT ml

æ

Tпл

l ö

DS

ò

=T

cm= ò

+

=m ×çc ×ln

+

÷ ,

(41.2)

T

T

T

T

Tн

пл

è

н

пл ø

Tн

где Tн – начальная температура твердого тела; Tпл – температура плавления.

Лабораторная установка

4

6

3 7 5

2 1

~220

Рисунок 41.1

Лабораторная установка (рисунок 41.1) представляет собой электропечь1, в которую помещен тигель2 с исследуемым веществом3. Измерение температуры вещества осуществляется с помощью термопары 4 и милливольтметра 7.

Под действием разности температур между горячим спаем термопары, который опущен в исследуемое вещество3, и «холодным» спаем, находящимся в сосуде с маслом 5, в цепи термопары возникает термо ЭДС. Для определённой

28

термопары имеется своя зависимость термо ЭДС от разности температур между спаями. Отсюда измерение температуры вещества сводится к следующему:

а) снимается показание милливольтметра 7; б) с помощью таблицы, имеющейся на установке, находится

соответствующая данному показанию разность температур DT между спаями; в) искомая температура вещества находится по формуле

T = Tм + DT ,

где Tм - температура холодного спая, равная температуре масла 5 и измеряемая термометром 6. В качестве исследуемого вещества используется олово.

Порядок выполнения работы

1.Включить питание электропечи.

2.Когда милливольтметр покажет 4 мВ, включить секундомер.

3.Через каждые 20 с фиксировать положение стрелки милливольтметра. Следует сразу же строить график кривой нагревания, т.е. зависимость показаний милливольтметра (температуры) от времени.

4.Питание печи отключить, когда милливольтметр покажет10 мВ. Печь инерционна и нагревание олова продолжается. Продолжайте строить график нагревания.

5.При достижении температуры плавления показания милливольтметра держатся на определенном уровне, соответствующей температуре плавления (горизонтальный участок на графике). Убедитесь визуально, что олово плавится.

6.При T > Tпл продолжается нагревание расплавленного олова. Показания

милливольтметра вновь растут. Затем начинается процесс охлаждения.

7. На том же графике продолжить строить кривую охлаждения. До температуры плавления олова наблюдается сравнительно быстрое уменьшение показаний прибора. При температуре плавления , оловакогда оно кристаллизируется, кривая зависимости температуры от времени становится параллельной оси времени.

8.	После кристаллизации температура в тигле снова уменьшается. Через 1-2
минуты измерения можно закончить.
9.	По	участкам	плавления	и	кристаллизации, усредняя, определить

показания милливольтметра, соответствующие температуре плавления олова.

10.Определить Tпл , а также DTпл .

11.С помощью формулы(41.2) рассчитать приращение энтропии DS . Начальная температура Tн = Tм , значения m ,C , l приведены на установке.

12.Оценить погрешность определения DS , считая, что

D(DS ) » DТпл .

DS Tпл

13.Записать окончательный результат.

14.Сделать выводы.

29

Контрольные вопросы

1.Пояснить следующее определение энтропии: «Энтропия есть мера неупорядоченности системы».

2.Привести различные формулировки второго начала термодинамики. Эквивалентны ли эти формулировки?

	3.	Каким		должен	быть	циклический			, процессчтобы	получать
	максимальный коэффициент полезного действия при данной разности температур
	нагревателя и холодильника?
	4.	Какими значениями свободной энергии и энтропии характеризуется
	термодинамическая система в равновесном состоянии?
	5.	На	рисунке 41.2 изображены			циклы	p	A
	ABCD	и	EFKD	двух	тепловых
						машин.			B
	Площади, охватываемые двумя изотермами и
	двумя адиабатами, одинаковы. Какая машина							E		F
	имеет	больший		?КПДКакая		машина
	совершает большую работу?							D	C	K
	6.	Сформулировать			третье	начало
										V
	термодинамики.
	7.	Можно ли вычислить абсолютное						Рисунок 41.2
	значение энтропии?

8.Записать и пояснить термодинамическое тождество.

9.Что понимается под свободной энергией, связанной энергией?

10.Что понимается под фазой, фазовым переходом? Какие типы фазовых превращений существуют?

11.Объяснить процессы плавления и сублимации с точки зр молекулярно-кинетической теории.

12.Изобразить на графике изменение со временем температуры твердого тела, если к нему непрерывно подводится тепло.

13.Что понимается под тройной точкой?