6.3. Описание установки

Ампула с оловом нагревается в электрической печи, питающейся переменным током. Внутри ампулы находится металлическая трубка-чехол с дифференциальной медь-константановой термопарой, горячий спай которой находится в ампуле, а холодный - на воздухе. Концы термопары через гнезда и медные провода соединены с милливольтметром, измеряющим термо-ЭДС. Электрическая печь находится внутри стенда. В работе измеряются следующие величины: температура плавления Т_п и температура кристаллизации Т_к олова, время кристаллизации ∆τ_к, зависимость температуры олова от времени при нагревании и охлаждении Т = f(τ).

Сравнить Т_п олова с табличным значением Т_п = 505 К, оценить погрешность ∆Т_п.

6.4. Снятие зависимости температуры нагрева олова от времени и определение температуры плавления олова

Порядок выполнения работы

1. Измерить начальную температуру Т_с комнатным термометром.

2. Включить печь, секундомер, милливольтметр. Записывать в табл.6.1 показания милливольтметра через каждые 20 с. Нагревать до тех пор, пока термо-ЭДС не достигнет постоянной величины, а затем не начнет увеличиваться.

3. Выключить печь, отвернуть винт ползунка и поднять ампулу с оловом. Аналогичные измерения снять при охлаждении олова в течение 10 минут.

Таблица 6.1

τ, с	0	20	40	60
U,мВ
Т, К

Обработка результатов измерений

1. Построить график зависимости термо-ЭДС от времени U = f(t). По двум полученным кривым определить показания милливольтметра, соответствующие участкам кривых, параллельным оси времени, и по их среднему значению найти температуру плавления Т_п, используя градуировочный график термопары.

2. Вычислить приращение энтропии при нагревании и плавлении олова по формуле (6.1). Масса олова задана, а удельную теплоемкость и удельную теплоту плавления олова взять из таблиц.

6.5. Определение удельной теплоты кристаллизации олова и изменения энтропии при кристаллизации

Применяя закон сохранения энергии к процессу охлаждения твердого олова после кристаллизации, запишем

(C_оm_о + C_аm_а)dT + α F (T - T_с)dτ = 0, (6.2)

где dQ = (C_оm_о + C_аm_а)dT - количество теплоты, отданное оловом и ампулой за время dτ, α F (T - T_с)dτ - количество теплоты, полученное окружающей средой через площадь поверхности ампулы F за время dτ; С_о и С_а - удельные теплоемкости олова и материала ампулы; T – температура твердого олова; Т_с - температура окружающей среды;α – коэффициент теплоотдачи с поверхности ампулы в окружающую среду (считаем ее постоянной).

Применим закон сохранения энергии к процессу кристаллизации олова:

λ_кm_о + α F (T_к - T_с)∆τ_к = 0, (6.3)

где λ_кm_о - количество теплоты, отданное оловом при его кристаллизации за время кристаллизации ∆τ_к; α F (T_к - T_с)- теплота, полученная окружающей средой через поверхность ампулы за время кристаллизации.

Из формул (6.2) и (6.3) и определения изменения энтропии

, (6.4)

, (6.5)

Следовательно, для определения удельной теплоты кристаллизации λ_к и ∆S_к - изменения энтропии в этом процессе необходимо измерить Т_к и ∆τ_к, и вычислить производную функцииQ = f(τ) в произвольной точке, соответствующей температуре твердого олова в процессе его охлаждения. Производная находится из графика, построенного по экспериментальным данным (кривая охлаждения).