Порядок выполнения работы

1. Вывести на минимум ручки потенциометров и тумблеры в исходное положение

2. Подать на установку питание, включив тумблер «ВКЛ» в модуле «СЕТЬ».

3. Включить тумблер «ВКЛ» в модуле «НАГРЕВ».

4. Регулятором «НАГРЕВ» модуля установить заданную мощность нагрева. Нагреть образец немного выше температуры плавления ( ). Отключить нагрев.

5. Снять зависимость температуры как функции времени Т=f(t) в процессе охлаждения и кристаллизации образца. Показания регистрировать через 15 секунд (до ).

6. Построить график зависимости Т = f(t). Для нахождения точек A и D на оси абсцисс влево и вправо откладывать отрезки t, равные времени кристаллизации металла, (участок ВС на кривой).

7. Оценить приращение энтропии по формуле (2), исходя из экспериментальных результатов, полученных для олова (масса образца m=0,15кг). Сделать выводы.

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется переходом первого рода?

2. Что понимается под фазой вещества?

3. Являются ли различными фазами вещества твёрдое и жидкое стекло?

4. Чем отличаются кристаллические твёрдые тела от аморфных твёрдых тел?

5. Что происходит при плавлении твёрдых кристаллических тел и аморфных тел?

6. Что называется скрытой теплотой перехода? Почему при одних фазовых превращениях она поглощается, а при других выделяется?

7. В чём суть метода определения удельной теплоты плавления металлов?

8. Почему при кристаллизации температура остаётся постоянной, хотя мы продолжаем охлаждать металл?

9. Запишите математическое выражение второго начала термодинамики.

10. В чём заключается физический смысл понятия энтропии?

11. Как объяснить приращение энтропии при плавлении металла?

Список рекомендуемой литературы

1. Матвеев А. Н. Молекулярная физика. М.: Высш. шк., 1987.

2. Сивухин Л. В. Общая физика. Т. 2. М. – : Наука, 1993.

3. Иверонова В. И. Физический практикум. Ч. 1. М.: Высш. шк., 1968.

Лабораторная работа 2-6

Определение отношения удельных теплоемкостей воздуха

Цель работы: ознакомиться с применением первого начала термодинамики к процессам в газах.

Задача работы: определить отношение удельных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и объеме методом Клемана-Дезорма.

Теоретическая часть

Теплоемкостью тела называется физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое нужно подвести к телу или отнять от него для изменения его температуры на 1K. Теплоемкость, отнесенная к единице массы вещества, называется удельной теплоемкостью; теплоемкость, отнесенная к одному молю вещества, называется молярной. Обе эти величины являются характеристикой вещества, из которого состоит тело.

Из определения теплоемкости следует, что она выражается в Дж/К. Удельная теплоемкость измеряется в Дж/(кг*К), а молярная  в Дж/(моль*К). Между молярной теплоемкостью и удельной существует очевидное соотношение . где  молярная масса вещества. Если моль вещества нагревается не на 1К, а на ,то количество затраченной теплоты равно . Откуда

(2-6.1)

Согласно первому началу термодинамики, количество теплоты, сообщаемое термодинамической системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы :

.

Если нагревание происходит в условиях, когда объем остается постоянным, то соответствующая теплоемкость называется теплоемкостьюпри постоянном объеме, или изохорической теплоемкостью, и обозначается :

.

Так как теплота при этом тратится лишь на изменение внутренней энергии (свойство идеального газа), то

и ,

откуда

.

Если же при нагревании остается неизменным давление, то теплоемкость называется теплоемкостью при постояном давлении, или изобарической теплоемкостью, и обозначается :

,

откуда

.

Первое начало термодинамики принимает вид:

,

откуда

.

И з уравнения состояния идеального газа следует, что , т.е. (уравнение Роберта Майера). Оно показывает, что больше на величину универсальной газовой постоянной .

Величина отношения теплоемкостей газов обозначается . Она зависит от сорта газа, т.е. числа степеней свободы( i ) молекул газа. В классической теории теплоемкостей . Соответственно для одноатомных газов ( ), ,для двухатомных ( ), , и для трех- и многоатомных газов с нелинейными жесткими молекулами( ), . Величина играет важную роль в теории теплоемкостей газов. Она входит в уравнение Пуассона ( ).Зная ,можно не прибегая к непосредственному измерению , которое порой затруднено, оценить эту величину.

Существует несколько способов измерения . В данной работе представлен способ оценки величины методом Клемана-Дезорма.