- •Определение изменения энтропии при плавлении олова
- •Теоретические положения
- •1. Теплоемкость твердых тел
- •2. Плавление и кристаллизация
- •3. Изменение энтропии при плавлении твердого тела.
- •Методика эксперимента
- •Экспериментальная установка.
- •Порядок выполнения работы
- •Результаты эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •440028, Г. Пенза, ул. Г. Титова, 28.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
___________________
Пензенский государственный университет архитектуры и строительства
Определение изменения энтропии при плавлении олова
Методические указания к лабораторной работе № 11
Пенза 2007
УДК 531.23
ББК 22я7
А 13
-
Составители:
Г. И. Грейсух, доктор технических наук, профессор; Л.И.Абрамова, кандидат физико-математических наук, доцент;
С.В.Голобоков, кандидат технических наук, доцент;
Н.А. Очкина, кандидат технических наук, доцент
Рецензент –
В.Г.Недорезов, доктор технических наук, профессор
Рассмотрены процессы нагревания и плавления олова, приведены расчетные формулы для определения изменения энтропии.
Методические указания подготовлены на кафедре физики и предназначены для использования студентами специальностей 290100, 290300, 290600 и др. в лабораторном практикуме по курсу общей физики.
© Пензенский государственный
Университет архитектуры и строительства, 2007
Цель работы – изучение процессов плавления и кристаллизации олова и определение изменения энтропии.
Теоретические положения
1. Теплоемкость твердых тел
Теплоемкостью твердого тела называется величина, равная отношению количества теплоты dQ, поглощаемого телом при бесконечно малом изменении его температурыdT, к этому изменению:
. (1)
Удельной теплоемкостью вещества называется физическая величина, равная количеству теплоты dQ, необходимому для нагревания единицы массы вещества на один Кельвин:
. (2)
Отсюда количество теплоты, необходимое для нагревания вещества, определяется выражением
. (3)
Молярная теплоемкость Сm– физическая величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моля вещества на 1 К:
, (4)
где n= – количество вещества, выражающее число молей.
Удельная теплоемкость ссвязана с молярной Сmсоотношением
, (5)
где m– молярная масса вещества.
Твердое тело – агрегатное состояние вещества, отличающееся стабильностью формы. Тепловое движение атомов твердого тела характеризуется малыми колебаниями около положения равновесия. Все вещества (за исключением гелия) при достаточно низких температурах переходят в твердое состояние. При подводе теплоты к твердому телу она расходуется на увеличение энергии колебаний атомов.
Согласно молекулярно-кинетической теории средняя кинетическая энергия, приходящаяся на одну степень свободы атома твердого тела
Полная энергия колебательного движения атомов в одном направлении складывается из кинетической и потенциальной энергии, которые равны друг другу, и может быть определена по формуле
Так как каждый атом обладает тремя степенями свободы, то полная энергия одного атома твердого тела равна:
. (6)
Внутренняя энергия одного моля равна:
, (7)
где N0 – |
число Авогадро; |
R – |
универсальная газовая постоянная. |
При подводе теплоты в условиях постоянного объема все тепло уходит на увеличение внутренней энергии. Поэтому молярная (атомная) теплоемкость твердого тела определяется равенством:
. (8)
Из формулы (8) следует, что молярная теплоемкость твердых тел есть величина постоянная, одинаковая для всех веществ. Это утверждение называется законом Дюлонга и Пти.
Как показал опыт, при обычных температурах молярная (атомная) теплоемкость большинства твердых тел близка к значению 25,12 Дж/(Кмоль) и почти не зависит от температуры.