Лабораторная работа №76.
Изменение энтропии идеального газа при изотермическом процессе
Составитель: О.В. Сергеева, к.ф.-м.н., доцент
Рецензент: И.А. Малиненко, к.ф.-м.н., доцент
Цели работы:
Изучить основные понятия и законы термодинамики.
Задачи:
Рассчитать изменение энтропии при изотермическом процессе
Проверить выполнение закона возрастания энтропии при необратимом изотермическом процессе.
Определить универсальную газовую постоянную.
Проверить, является ли воздух, находящийся при атмосферном давлении и комнатной температуре идеальным газом
Приборы и принадлежности
Универсальная установка Кобра 3.
Источник питания на 12 В.
Датчик давления.
Полупроводниковый датчик, -10..120 °C.
Стеклянный корпус.
Газовый шприц на 100 мл.
Нагреватель.
H-образная опора.
Магнит, магнитная мешалка.
Трубка-переходник для подключения датчика давления.
Программное обеспечение Phywe для изучения уравнения состояния газа.
Теоретическое введение Идеальный газ
Системы, состоящие из большого числа молекул, называются макросистемами. К таким системам относятся, например, газ, жидкость, жидкие кристаллы, твердые тела, плазма.
Из трех агрегатных состояний, в которых может находиться всякое вещество, наиболее простым является газообразное, так как в этом случае силы, действующие между молекулами, очень малы и ими при определенных условиях можно пренебречь. Будем считать, что межмолекулярные силы в них даже не малы, а полностью отсутствуют. Для простоты пренебрежем также размерами молекул, т. е. будем считать их материальными точками. При таких допущениях молекулы газа должны считаться совершенно свободными. Это значит, что движутся они прямолинейно и равномерно, как всегда движутся тела, не подверженные действию каких-либо сил. Каждая молекула ведет себя, следовательно, так, как будто других молекул в сосуде нет. Газ, обладающий такими же свойствами, как и совокупность невзаимодействующих материальных точек, называется идеальным газом.
Таким образом, идеальный газ удовлетворяет следующим условиям:
Между молекулами газа отсутствуют силы взаимодействия на расстоянии;
Объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда, то есть молекулы газа можно считать материальным точкам;
Столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда абсолютно упругие.
Идеальный газ – это модель, успешно применяемая для описания реальных газов. Любой газ, находящийся в условиях, близких к нормальным (например, кислород и гелий), а также при низких давлениях и высоких температурах, близок по своим свойствам к идеальному. Понятие «идеальный газ» используют также для описания свойств совокупности частиц различной природы: фотоны, электроны, фононы и т. д.
Величинами, определяющими состояние газа, являются: давление р, при котором находится газ, его температура Т и объем V, занимаемый определенной массой газа. Их называют макропараметрами состояния. Перечисленные три величины не являются независимыми. Каждая из них является функцией двух других. Уравнение, связывающее все три величины - давление, объем и температуру газа для данной его массы, называется уравнением состояния и может быть в общем виде записано так:
f(р, V, T) = 0.
Это значит, что состояние газа определяется только двумя параметрами (например, давлением и объемом, давлением и температурой или, наконец, объемом и температурой), третий параметр однозначно определяется двумя другими. Если уравнение состояния известно в явном виде, то любой параметр можно вычислить, зная два других.
(1).
Представленное в таком виде уравнение состояния идеального газа называют уравнением Менделеева – Клапейрона. Это уравнение связывает макроскопические параметры состояния. Уравнение (1) описывает равновесное состояние газа, когда его параметры во всем объеме не зависят от времени (иначе говоря, остаются неизменными по всему объему). Реализовать такие условия трудно. Поэтому определить идеальный газ можно еще и так: газ, подчиняющийся уравнению Менделеева – Клапейрона во всем диапазоне изменения температуры и давления, называется идеальным.