Лабораторная работа №5 Определение изменения энтропии при нагреве и плавлении олова

Цель и задача работы: изучение I и II законов термодинамики, определение приращения энтропии при фазовом переходе первого рода на примере плавления олова.

1 Общие сведения

Все процессы в природе необратимы. Всякий процесс, при котором система переходит из одного состояния в другое, протекает таким образом, что нельзя провести его в обратном направлении без изменений в окружающих телах. Это связано с рассеянием части энергии в любом процессе за счет трения, излучения и других причин. В любом из них изменяется состояние в целом, часть энергии системы рассеивается. Для характеристики этого общего для всех систем свойства вводится физическая величина — энтропия, которая является мерой бесполезности внутренней энергии с точки зрения совершения работы (мера беспорядка).

Слово энтропия в переводе с греческого языка означает слово «внутрь», возвращение. Имеется в виду преобразование энергии в обратимых процессах. Термин энтропия был предложен Клаузиусом для обозначения функции состояния термодинамической системы

, (1)

где - энтропия,Дж/К; Q – теплота, полученная данной системой или отданная ею, Дж; Т – абсолютная температура, К. Энтропией () называется функция состояния системы, дифференциал которой в элементарном обратимом процессе равен отношению бесконечно малого количества теплаdQ, сообщенного системе, к абсолютной температуре Т.

Общее изменение энтропии в любом процессе

. (2)

Во всех случаях в результате передачи теплоты Q от нагретого тела к холодному происходит выравнивание их температур. При этом снижается возможность совершения работы, уменьшается предельно высокий КПД. Вместе с тем повышается доля связанной энергии, увеличивается энтропия. При полном выравнивании температур КПД становится равным нулю. При этом энтропия достигает максимума, а энергия системы целиком не может быть использована для совершения работы. Полное значение энтропии в системе не поддается учету, но в изолированной системе можно найти изменение энтропии в любом процессе.

2 Описание установки и вывод расчетной формулы

Схема установки для определения изменения энтропии приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема установки: 1 – электропечь; 2 – тигель с оловом;

3 – термопара; 4 – прибор для измерения температуры

Установка состоит из электропечи 1, в которую помещают тигель с оловом 2, в олово введена термопара, соединенная с прибором для измерения температуры 4 (логометром или милливольтметром). Питание осуществляется от электросети с напряжением 220 В.

Для определения общего изменения энтропии олова в процессе нагрева и плавления необходимо вычислить количество тепла, сообщенное данной массе олова в каждом из этих процессов

(3)

где - теплота, переданная данному телу при нагреве,Дж; с – удельная теплоемкость олова, Дж/кгK; m – масса олова, кг; - комнатная температура, К; - температура плавления олова, К.