Описание установки и метода

Экспериментальная установка (рисунок 1) состоит из электрической печи 1, на которую подается напряжение от автотрансформатора 5, тигля с оловом 2, помещенного в печь с теплоизолирующей оболочкой 6. Температура в печи измеряется с помощью дифференциальной термопары 3, один спай которой помещен в тигель с оловом, а другой – в термостат, в котором поддерживается постоянная температура. В цепь термопары включен потенциометр постоянного тока PU, измеряющий э.д.с., возникающую в термопаре при наличии разницы температур ее спаев. Шкала прибора проградуирована так, что он показывает непосредственно температуру в печи (в градусах Цельсия).

Как следует из формулы (7), для определения приращения энтропии необходимо знать массу m олова и его теплофизические параметры c и λ, а также начальную температуру T₀ и температуру плавления T_пл олова. Для определения температуры плавления применяется метод кривых нагревания и охлаждения, то есть графиков зависимости температуры олова от времени (рисунок 2) при постоянном подводе тепла (режим нагревания) или при постоянном отводе тепла (режим охлаждения).

При подводе тепла температура олова растет с течением времени, пока не достигнет температуры плавления. Затем в течение некоторого времени тепло, подводимое к олову, будет идти не на его нагрев, а на разрушение кристаллической решетки. Температура олова при этом будет оставаться постоянной. После завершения плавления вновь будет наблюдаться рост температуры олова, но уже жидкого.

Таким образом, температура плавления есть температура, соответствующая горизонтальному участку кривой нагревания (или же горизонтальному участку кривой охлаждения, обусловленному процессом кристаллизации олова из расплава при температуре кристаллизации, равной температуре плавления).

Порядок выполнения работы

1. Записать указанные на установке данные о массе, удельной теплоемкости и удельной теплоте плавления олова.

2. Определить, используя настенный термометр, начальную температуру олова t₀; рассчитать соответствующую ей абсолютную температуру Т₀.

3. Подготовить координатные оси для построения кривых нагревания и охлаждения олова.

Примечание: Рекомендуется выбрать следующий масштаб по осям:

а) по горизонтальной оси: 1 клетка – 1 минута;

б) по вертикальной оси: 1 клетка – 10 ºС.

4. Установить тумблер на блоке питания в положение «нагр.» и измеряя через каждую минуту температуру олова, наносить ее значения на график. Измерения продолжать до тех пор, пока все олово не расплавится (в течение времени плавления температура остается постоянной), и затем в течение еще 2 – 3 минут. Соединив нанесенные точки, получить кривую нагревания олова.

5. Перевести тумблер в положение «охл.», дождаться, пока температура не начнет понижаться, и снять зависимость температуры олова от времени (кривую охлаждения олова). Кривую охлаждения снимать до тех пор, пока все олово не кристаллизуется, и еще 2 – 3 минуты после этого. Выключить остановку.

6. По кривой нагревания олова определить температуру плавления олова t_пл рассчитать соответствующую ей абсолютную температуру T_пл1.

7. По кривой охлаждения олова определить температуру кристаллизации олова t_крист; рассчитать соответствующую ей абсолютную температуру T_пл2.