Лабораторные работы5 / Лаб 28

Лабораторная работа №28

Определение удельной теплоты плавления олова при нагревании и плавлении.

Цель работы:

1. Усвоение понятия энтропии и второго начала термодинамики.

2. Определение опытным путем температуры плавления олова, его удельной теплоты плавления и изменения энтропии при нагревании и плавлении.

П риборы и принадлежности: термоблок (1), олово (3), тигель (4), сосуд из твердоплавкой керамики, спираль (5), реостат (6), цифровой термометр (2) и термопар (7).

Схема установки:

Теория: В формулировке Клаузиуса энтропия термодинамической системы представляет собой функцию:

(1)

Обратимым называется процесс, при котором система может быть возвращена в исходное состояние так, что и все окружающие ее тела вернутся в первоначальное состояние. Процессы, не удовлетворяющие этому условию, называются необратимыми. Энтропия, как и внутренняя энергия, является аддитивной функцией состояния, т.е. энтропия системы равна сумме энтропий всех тел, входящих в ее состав.

Второе начало термодинамики утверждает, что все естественные процессы стремятся перевести систему в состояние с большим беспорядком. Больцман показал, что в соответствии с определением Клаузиуса (1) энтропия системы в данном состоянии может быть записана в виде:

(2)

где: k – постоянная Больцмана;

W – термодинамическая вероятность.

Таким образом, второе начало термодинамики сводится к утверждению того, что происходят лишь те процессы, которые являются наиболее вероятными. На диаграмме зависимости температуры тела от времени нагревания (охлаждения) можно определить изменение энтропии.

Участок I – нагревание тела в течение времени t₁ от начальной температуры То до температуры плавления Тпл.

Участок II – плавление тела в течение времени t₂ – t₁.

Пользуясь диаграммой Т(t) можно определить температуру плавления тела Тпл, а при постоянной мощности нагревателя – его удельную теплоту плавления λ..

(3) (4)

(5) (6)

При нагревании тела на dT градусов оно получает элементарное количество теплоты:

(7)

При этом энтропия тела изменяется на величину:

(8)

Суммарное изменение энтропии тела при его нагревании от температуры То до Тпл находится интегрированием (8):

(9)

При плавлении энтропия изменяется на величину:

Полное изменение энтропии тела равно:

t, сек	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330	360	390
Наг.˚С	35	38	47	62	79	92	98	112	126	136	151	168	183	196
Охл.˚С	255	250	239	227	216	206	197	188	179	172	164	158	151	146
t, сек	420	450	480	510	540	570	600	630	660	690	720	750	780	810
Наг.˚С	207	217	227	233	239	244	248	251	255	262	-	-	-	-
Охл.˚С	142	139	136	134	131	128	125	123	120	117	113	110	106	103

То = 35 ˚С = 310 К t₁ = 585 сек. Тпл = 244 ˚С = 519 К t₂ - t₁ =75 сек.

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________