Порядок выполнения работы:

Оценить приращение энтропии по формуле (3), исходя из экспериментальных результатов, полученных в задании 1) для олова или индия. Сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Что называется переходом первого рода?

2. Что понимается под фазой вещества?

3. Являются ли различными фазами вещества твёрдое и жидкое стекло?

4. Чем отличаются кристаллические твёрдые тела от аморфных твёрдых тел?

5. Что происходит при плавлении твёрдых кристаллических тел и аморфных тел?

6. Что называется скрытой теплотой перехода? Почему при одних фазовых превращениях она поглощается, а при других выделяется?

7. В чём суть метода определения удельной теплоты плавления металлов?

8. Почему при кристаллизации температура остаётся постоянной, хотя мы продолжаем охлаждать металл?

9. Запишите математическое выражение второго начала термодинамики.

10. В чём заключается физический смысл понятия энтропии?

11. Как объяснить приращение энтропии при плавлении металла?

Лабораторная работа 2-8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ВОЗДУХА

Цель работы

Изучить первое начало термодинамики в процессах в газах.

Задача работы

Определить отношение удельных теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и объеме методом Клемана-Дезорма.

Теплоемкость

В термодинамике для описания тепловых свойств тел используется понятие теплоемкости.

Теплоемкостью называется физическая величина, характеризующая способность тела нагреваться, определяется количеством теплоты, затрачиваемым для повышения температуры тела на 1K.

, (1)

где - теплота, сообщаемая телу; - изменение температуры тела.

Теплоемкость зависит, очевидно, от массы тела. Теплоемкость, отнесенная к массе тела, называется удельной.

, (2)

где m – масса тела.

Наиболее удобно брать один моль молекул вещества. Теплоемкость моля молекул вещества называется молярной. Обычно, если не оговорено противное, под теплоемкостью понимается именно молярная теплоемкость. Теплоемкость зависит от условий, в которых телу сообщается теплота и изменяется его температура.

Зависимость величины теплоемкости газов от вида термодинамического процесса можно изучить, исследуя уравнение первого начала термодинамики:

, (3)

согласно которому теплота, сообщаемая системе, идет на изменение внутренней энергии и совершение работы .

При описании тепловых свойств газа, участвующего в некотором изопроцессе, к знаку теплоемкости принято приписывать знак, соответствующий сохраняющейся термодинамической величине.

, (4)

где φ – сохраняющаяся величина.

Если нагревание происходит в условиях, когда объем остается постоянным, то соответствующая теплоемкость называется теплоемкостью при постоянном объеме и обозначается

(5)

В этом случае . Поэтому вся теплота тратится только на изменение внутренней энергии . Откуда получаем, что

. (6)

Если же нагревание происходит при постоянном давлении, то соответствующая теплоемкость называется теплоемкостью при постоянном давлении и обозначается :

, (7)

откуда . (8)

Тогда первое начало термодинамики принимает вид

, (9)

откуда

(10)

Из уравнения состояния идеального газа

(11)

следует, что

, (12)

т.е. . (13)

Это уравнение Роберта Майера. Оно показывает, что больше на величину R.

Как правило, величина теплоемкости газа существенно меньше величины теплоемкости сосуда, в котором находится газ. Это приводит к тому, что непосредственное измерение теплоемкости газа чрезвычайно неточно. Величина отношения теплоемкостей называется показателем адиабаты, в уравнении Пуассона, описывающем адиабатический процесс:

(14)

Показатель адиабаты зависит от сорта газа, т.е. числа степеней свободы (i) молекул газа. Теоретическое значение величины γ может быть рассчитано по формуле:

(15)

Соответственно для одноатомных газов (i=3), γ=1,67, для двухатомных (i=5), γ=1,40, и для трех- и многоатомных газов с нелинейными жесткими молекулами (i=6), γ=1,33.