manuals - mechanics and molecular 1 / М15._entropy

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИРАЩЕНИЯ ЭНТРОПИИ

ПРИ ПЛАВЛЕНИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы: Усвоить усвоения второе начало термодинамики и понятие энтропии.

Задачи работы: Изучение одного из методов измерения приращения энтропии при плавлении твердого тела.

II.УКАЗАНИЯ К САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЕ

При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить теоретический материал по теме: "Второе начало термодинамики".

Энтропия системы есть функция ее состояния, определенная с точностью до произвольной постоянной. Разность энтропии в двух равновесных состояниях 2 и 1, по определению, равна приведенному количеству тепла, которое надо сообщить системе, чтобы перевести из состояния 1 в состояние 2 по любому квазистатическому пути. Таким образом, если энтропии в состояниях 1 и 2 обозначить посредством S₁ и S₂, то по определению

(1)

где δQ – приведенное количество тепла, Т – температура системы.

Энтропия должна зависеть от параметров, определяющих состояние системы. Например, она может быть представлена как функция давления и температуры. Если давление не изменяется, то плавление происходит при постоянной температуре. Приращение удельной энтропии равно

(2)

где q_пл – удельная теплота плавления.

При затвердевании вещества удельная энтропия уменьшается на такую же величину.

Формула для приращения удельной энтропии при испарении отличается от (2) лишь тем, что вместо теплоты и температуры плавления в нее входят теплота испарения и температура кипения.

Количество теплоты, необходимое для плавления тела, в данной работе определяется по формуле

Q = ηJUt_пл (3)

где η – КПД, J – сила тока (А), U- напряжение (В), t_пл – время плавления (с).

На основании формул (2), (3) получаем расчетную формулу

S₂ – S₁ = ηJUt_пл / T_пл (4)

2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

В фарфоровом тигле 1 (рис. 10) находится испытуемое вещество 2 при комнатной температуре в твердом состоянии. Подключив спираль 4 к источнику напряжения, вещество в тигле начинает нагревается. Температуру вещества измеряют при помощи термопары 3 и лагометра 5. КПД установки ~ 0,5 мощность P=J·U=40Вт.

5

3

1 2

4

~220 V

А

Рис. 10

IV.ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Построение графика изменения температуры тела от времени и определение времени плавления.

2. Расчет приращения энтропии.

V.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Включить установку и записать показания амперметра и вольтметра.

2. Записывать показания лагометра до достижения температуры тела 100⁰ С и через каждые 10 секунд до тех пор, пока на закончится плавление.

3. Построить на миллиметровой бумаге график зависимости температуры от времени Т = f ( t ).

4. Определить по графику время плавления и температуру плавления.

5. Рассчитать приращение энтропии и его относительную погрешность.

VI. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что называется энтропией термодинамической системы?

2. Что называется термодинамической вероятностью?

3. Какова связь энтропии и термодинамической вероятностью?

4. Как формулируется закон возрастания энтропии?

5. Какова формулировка второго начала термодинамики?

6. Как изменяются энтропия при плавлении (охлаждении) твердого тела?

7. Какое состояние называется упорядоченным?

8. Какое состояние называется беспорядочным?

9. Что называется параметрами состояния?

10. Какие процессы называются равновесными?

11. Дайте определение обратимых процессов.

12. Какие процессы называются необратимыми?

13. Какие процессы называются круговыми?

14. Дать определение термодинамической системы и привести примеры.

15. Как формулируется первое начало термодинамики?