Тәжірибенің теориясы мен әдісі

Фазалық түрлену (немесе ауысу) кезінде заттың кейбір қасиеттері секірмелі түрде өзгереді. Бірінші текті фазалық ауысуда дененің тығыздығы, ішкі энергиясы, энтропиясы өте тез секірмелі өзгереді. Осы кезде фазалық ауысудың жылуы деп аталатын энергия бөлініп шығады немесе жұтылады. Фазалық түрленудің мысалы ретінде заттың агрегаттық күйінің өзгеруін қарастыруға болады (балқу үрдісі – қатты кристалдық дененің сұйық күйге өтуі, және оған кері үрдіс – қатаю). Берілген қысымда бірінші текті фазалық ауысу үрдісі тұрақты температурада орындалады.

Балқу жылуы мен балқу температурасын анықтау әдістерінің бірі – бал-қудың (немесе қатаюдың) тәжірибелік диаграммасын тұрғызу, яғни, сыртқы шарттар өзгермеген жағдайда балқитын заттың температурасы мен уақыт арасындағы тәуелділік графигін салу. Ол үшін зерттелетін кристал-дық зат салынған тигельді (ыдысты) пешке қойып қыздыру барысында белгілі бір уақыт сайын заттың температурасын өлшеп отырады.

T, K

T_б b c

T_a · a

τ, с

τ_b τ_с

1-сурет

Келтірілген 1-суретте кристалдық затты қыздыру және балқыту диаграммасы бейнеленген. Осы диаграмманың ab бөлігі заттың берілген температурадан балқу нүктесіне дейінгі қызғанына, ал bc бөлігі заттың балқығанына сәйкес келеді.

Қыздырғыштың тұрақты қуатында затқа берілетін жылу мөлшері қоршаған ортаға таралатын жылу шығынына тәуелді. Жылу шығыны қыздырғыш пен қоршаған ортаның температураларының айырмасына пропорционал. Сондықтан ішінде зерттелетін зат бар тигельге берілетін жылулық қуатты балқу нүктесінің маңында тұрақты деп алуға болады(диаграммадағы b нүктесі). Диаграмманың bc бөлігінде жүйеге берілген барлық жылу толығымен заттың балқуына жұмсалады:

(1)

Мұндағы τ_б = τ_c–τ_b - заттың балқу уақыты, λ – заттың меншікті балқу жылуы. Диаграмманың өспелі бөлігінде жылулық қуат зат салынған тигельдің ішкі энергиясының бірлік уақыттағы өзгерісіне тең болады:

(2)

Мұндағы: m – заттың массасы; c – заттың меншікті жылу сыйымдылығы;

m₁ – тигельдің массасы; c₁ – тигельдің меншікті жылу сыйымдылығы;

–затты қыздыру кезіндегі температураның өзгеру жылдамдығы.

(1) және (2) формулалардан N шамасын алмастыру арқылы заттың меншікті балқу жылуын табуға болады:

(3)

Затты қыздыру және балқыту үрдістерін қайтымды квазитепе-тең үрдіс деп қарастырғанда, заттың энтропиясының өзгерісі мына формуламен анықталады:

(4)

Мұндағы: T_а – бастапқы (бөлменің) температура;

T_б – заттың балқу температурасы.

Тәжірибелік қондырғы

Тәжірибелік қондырғы электр қыздырғышынан (пеш), ішіне зерттелетін зат салынған (қалайы мен қорғасынның қорытпасы) тигельден құралған

(2-сурет). Тәжірибе барысында температураны өлшеу үшін термопара әдісі қолданылады. Термопарада материалдары екі түрлі сымдардың ұштары пісіріліп түйінге қосылған. Осы екі түйіннің біреуі қалайымен («ыстық түйін»), ал екіншісі өлшеуіш құралмен («суық түйін») түйіскен. Түйіндердің температуралар айырмасы есебінен пайда болатын термоэлектр қозғаушы күші мультиметрдің экранында қалайыға батырылған «ыстық» түйіннің температурасына сәйкес Цельсий шкаласымен (t^oC) түрленіп жазылады.

термопара

t^oC

тигель

қыздырғыш

зат (қалайы)

2-сурет