4.2. Методика расчета изменения энтропии

Энтропия S– однозначная функция состояния открытой системы, ее элементарное изменение при обратимом переходе системы из одного состояния в другое равно полученному или отданному количеству теплоты, деленному на температуру, при которой произошел этот процесс.

Для бесконечно малого изменения состояния системы справедливо соотношение

При переходе системы из одного равновесного состояния 1в другое состояние2 через последовательность промежуточных равновесных состояний изменение энтропии рассчитывается по формуле

, (1)

где – количество теплоты, подводимое к системе;– увеличение внутренней энергии системы;– работа, совершаемая системой над внешними телами.

При изохорном процессе работа не совершается , так какСледовательно, изменение энтропиипри изохорном процессе определится соотношением

, (2)

где – число степеней свободы молекулы;– масса газа,– его молярная масса;– молярная газовая постоянная;– термодинамическая температура.

Уравнение изохорного процесса при переходе системы из состояния 1в состояние2связывает давление газа и его температуру прямо пропорциональной зависимостью

. (3)

Подставив уравнение (3) в уравнение (2), получим

. (4)

Следовательно, для определения изменения энтропии при изохорном процессе необходимо измерить давление в начальноми конечномсостояниях газа.

4.3. Определение изменения энтропии при изохорных процессах охлаждения и нагревания воздуха

4.3.1. Закрыть кран и накачать в сосуд воздух, следя за показаниями манометра. Разность уровней в нем не должна превышать 15–20 см. Записать значение в табл. 1.

Таблица 1

Результаты измерений уровней жидкости и расчета

изменения энтропии

;;

№ п/п
	м	м	м		Дж/К	Дж/К		Дж/К	Дж/К
1
2
3
4
5

При этом давление (рис. 2) в исходном состоянии1определяется суммой атмосферного давленияи добавочного давления:

. (5)

где ρ – плотность жидкости в манометре.

4.3.2. Измерить разность уровней жидкости в манометре в конце изохорного охлаждения через 2–3 минуты. Температура воздуха в сосуде станет равной температуре в комнате (уровни жидкости перестанут перемещаться). В конце изохорного процесса (состояние2) давление воздуха в сосуде уменьшается и становится равным:

. (6)

4.3.3. Используя соотношения (4)–(6), рассчитать изменение энтропии при изохорном охлаждениимолей воздуха (задается преподавателем):

. (7)

4.3.4. Открыть кран и закрыть его сразу, как только сравняются уровни жидкости в манометре. Давление воздуха в сосуде станет равным атмосферному давлению (состояние3).

4.3.5. Через 2–3 минуты измерить разность уровней жидкости в манометре . Температура воздуха в сосуде станет равной комнатной (состояние4), а давлениебудет определяться разностью уровней жидкости в манометре:

. (8)

4.3.6. Рассчитать изменение энтропии при изохорном нагреваниимолей воздуха:

. (9)

4.3.7. Опыт повторить не менее 5 раз, следя за тем, чтобы перед началом опытов система каждый раз находилась в исходном состоянии 1.