Розв’язок:

1) Зміна ентропії

, (а)

S₁, S₂ – відповідно ентропії першому та другому станах.

Загальна зміна ентропії складається із зміни ентропії в окремих процесах.

1) Нагрівання льоду масою m від Т₁ до Т₂. При цьому , а по формулі (а)

, (б)

с₁ – питома теплоємність льоду.

2) Плавлення льоду при сталій температурі Т₂. Поскільки при цьому підведена сумарна теплота , то згідно (а)

, (в)

 - питома теплота плавлення.

3) Нагрівання води від Т₂ до температури кипіння Т₃. Зміна ентропії

(аналогічно до формули (б)), с₂ – питома теплоємність води.

4) Випаровування води масою m при сталій температурі Т₃

(аналогічно до формули (в)), r – питома теплота пароутворення.

Загальна зміна ентропії

.

Підставляючи, отримуємо S=88 Дж/К.

16 Реальні гази. Рівняння Ван-дер-Ваальса

-

ці рівняння описують стан ідеального газу. Відповідно для m/ кіломолей і 1-го кіломоля газу.

В реальному газі молекули мають кінцеві розміри і, крім кінетичної енергії, мають потенціальну енергію. Це враховується поправками до об’єму і тиску, що з’являються в рівнянні стану.

-

рівняння Ван-дер-Ваальса, яке описує стан реального газу. Проаналізуємо його

;

;

.

Наявність трьох коренів в рівнянні відповідає різним можливим станам речовини в залежності від значень P, V, T.

Характер кривої, що описує стан системи, залежить від критичних значень температури, об’єму і тиску. На рис. 39 показаний набір ізотерм в p-V-координатах.

При температурі, нижче критичної, можливо отримати такий стан при стисненні газу, при якому наступає перехід в новий стан – рідкий .

Ділянка 1–2 відповідає співіснуванню рідкого і газоподібного станів.

Ділянка 2-3 після збільшення тиску та зменшення об’єму відповідає переходу речовини в рідкий стан.

17 Зрідження газів та застосування зрідженних газів

17.1 Метод Пікте

Метод Пікте - пониження температури газу, нижче критичної, внаслідок того, що рідина, що кипить, здатна охолоджувати тіло, яке знаходиться з ним в контакті. Тому

1. спочатку який-небудь газ переводять в рідкий стан шляхом ізотермічного стискування;

2. понижують тиск, і рідина кипить;

3. теплота кипіння віднімається від другого газу з Т_кр вище Т_кр І газу. При цьому другий газ охолоджується нижче критичної температури.

17.2 Турбодетандерний метод

Базується на адіабатичному процесі. При адіабатичному розширенні зменшується внутрішня енергія, температура газу понижується, газ конденсується і перетворюється в рідину. Одержують рідину в промислових кількостях за допомогою швидкого обертання турбін.

17.3 Метод зрідження газів, що базується на ефекті Джоуля-Томсона

Цей ефект проявляється у зміні температури реального газу при його розширенні в пустоту або внаслідок продавлювання газу через пористу мембрану за допомогою поршня. Зменшення температури пов’язано із наявністю потенціальної енергії у реального газу.

Оскільки у нього внутрішня енергія

,

то розширення газу в умовах енергетичної ізоляції не змінює його повної внутрішньої енергії, але збільшує потенціальну енергію молекул за рахунок їх кінетичної енергії. В результаті сповільнюється рух молекул, температура газу понижується.

Розріджені гази застосовують в металургії, холодильниках, медицині, біології, електроніці.

Задача: Нехай моль азоту розширюється адіабатично в пустоту, в результаті чого об’єм збільшується від значення V₁=1,0 л до V₂=10,0 л. Визначити зміну температури газу Т.