Идея метода

Идея метода основана на том, что изменение энтропии можно рассчитать несколькими способами. Для  молей идеального газа изменение энтропии в изотермическом процессе перехода из исходного состояния объема V_o (V_o = 50 мл) до объема V согласно (34) описывается выражением

(35).

Поэтому график зависимости в координатах S от ln(V/V_о) должен представлять собой прямую, тангенс угла наклона которой равен R.

С другой стороны, так как при изотермическом процессе dU = 0, то изменение энтропии идеального газа при расширении от начального объема V_o (V_o = 50 мл) до объема V согласно (32) связано только с работой газа:

, (36)

где Т_о – температура проведения изотермического процесса.

Работа при изменении объема газа определяется путем нахождения площади под графиком изотермического процесса р(V). Расчет выполняется автоматически с помощью опций программы PHYWE.

Количество вещества , находящегося в шприце воздуха, можно определить следующим образом. В соответствии с уравнением (1) макропараметры исходного состояния (р_о, V_о, Т_о) и состояния, соответствующего нормальным условиям (р_н = 10⁵ Па, V_н, Т_н = 273 К) связаны между собой следующим образом:

, или (37)

Но V_н =  ^. V_m, где V_m – объем, занимаемый одним молем газа, при нормальных условиях (V_m = 22,4 л). Поэтому

(38).

Упражнение 1. Подготовка к работе.

1. Соберите установку в соответствии с рис. 5. Не подключайте пока трубку-переходник (6) к датчику давления (4).

2. Поместив стеклянную воронку в отверстие (7), заполните стеклянную емкость дистиллированной водой, поместите в воду магнитную мешалку, выньте воронку и закройте отверстие крышкой.

3. Резиновую трубку, закрепленную на «отростке» отверстия (7), опустите в стеклянный стакан для стекания жидкости при последующем нагревании.

4. Смажьте поршень шприца глицерином, чтобы предотвратить утечку воздуха. Поршень должен быть покрыт пленкой глицерина на протяжении всего эксперимента.

5. Перемещая поршень (2), установите начальный объем шприца V_o = 50 мл.

6. Подключите трубку (6) к датчику давления (4).

7. Подключите устройство Cobra к USB – порту компьютера.

Упражнение 2. Экспериментальное изучение процесса изотермического расширения газа.

1. Запустите программу для проведения измерений. Для этого на рабочем столе компьютера выберите ярлык программы Phywe Measure 4. В открывшемся окне в пункте меню Прибор > Кобра3 Идеальный газ. В появившемся диалоговом окне в закладке Каналы установите настройки измерений в соответствие с рис. 6.

Рис. 6. Окно настроек работы по изучению

изотермического процесса

2. В закладке Начало/Конец выберите «по нажатию клавиши».

3. В закладке Другие установки поставьте флажок в поле Цифр. дисплей 1. В появившемся диалоговом окне Параметры дисплея в разделе Канал выберите Давление р (рис. 7). Поставьте флажок в поле Цифр. дисплей 2. В появившемся диалоговом окне Параметры дисплея в разделе Канал выберите Температура Т.

4. Поставьте флажок в поле Диаграмма 1 (рис. 7а), затем в появившемся диалоговом окне Параметры дисплея заполните поля в соответствии с рис. 8. В разделе Канал в поле давление р задается диапазон возможных значений давления. В разделе ось х в полях задается число возможных измерений. Рекомендуется в качестве максимального значения выбрать 20. В поле режим установите не автодиапазон.

   Рис. 7а. Закладка Другие установки		Рис. 7б. Окно Параметры дисплея
   Рис. 8. Настройка

5. Откалибруйте датчик. Для этого в закладке Калибровать введите в соответствующие поля значения комнатной температуры и давления, измеренные термометром и барометром соответственно (рис. 9).

   Рис. 9. Закладка Калибровать

6. Нажмите Далее в закладке Калибровать. На экране появится четыре окна: температура Т, давление р, Измерение, окно для построения графика зависимости давления от числа измерений. Расположите окна, появившиеся на экране, в удобном порядке.

Рис. 10. Окно Измерение

7. Сохраните исходные данные измерения температуры Т_о, давления р_о, нажав на кнопку Сохранить значения в окне Измерение (рис. 10) или Enter.

8. Перемещая вращательным движением поршень (2) шприца вправо, увеличьте объем на 1 мл. Давление воздуха в шприце изменится. Сохраните результаты измерения давления и температуры, нажав кнопку Сохранить значения или Enter. Результаты измерений автоматически отображаются на графике зависимости р(V) на экране монитора.

9. Постепенно увеличивайте количество воздуха с шагом в 1 мл до объема приблизительно в 70 мл. Сохраняйте результаты измерения давления и температуры, нажимая кнопку Сохранить значения или Enter.

10. По окончании измерений нажмите кнопку Закрыть в окне Измерение (рис. 10). На экране появится окно с графиками зависимостей р, V, T, 1/V от числа измерений.

Рис. 11. Окно Экспорт данных

11. Для сохранения данных измерений в другой программе в пункте меню выберите Измерение > Экспорт данных и поставьте метки в полях Копировать в буфер и Экспортировать как число (рис. 11). Откройте программу, в которой вы будете обрабатывать данные и выберите Вставить.

12. * Проведите изучение процесса изотермического расширения газа при другой температуре.