- •Физические основы механики, физика колебаний и волн, термодинамика
- •Содержание
- •Библиографический список……………………………………………….174 Приложение…………………………………………………………………175 Введение
- •Общие указания к выполнению лабораторных работ
- •Правила оформления отчета по лабораторным работам.
- •Требования к допуску, выполнению и защите лабораторных работ.
- •Лабораторная работа 1-01 Статистическая обработка результатов эксперимента. Случайные погрешности результатов наблюдений интервалов времени
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Замечание 1: погрешность времени рассчитывается по стандартной методике расчета погрешностей случайной величины:
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемые литература
- •Лабораторная работа 1-10 Изучение свободных колебаний пружинного маятника
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •О писание установки
- •Обработка результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Цель работы: Определение жесткости пружины, определение периода свободных колебаний маятника с массивной пружиной.
- •Недостаточность модели 2
- •Экспериментальная часть
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть Математический маятник
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-13 Измерение момента инерции тела методом крутильных колебаний
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Лабораторная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерения
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Библиографический список
- •Приложение
Контрольные вопросы
Дайте определение теплоемкости тела; молярной теплоёмкости; удельной теплоёмкости. Укажите единицы измерения теплоёмкости.
Объясните, почему теплоемкости различны для разных термодинамических процессов.
Какие соображения можно привести, чтобы понять, почему ?
Попытайтесь из формулы (22.5) получить для идеальных газов соотношение Майера: .
В чем особенности теплоемкостей твердых тел в отличие от газов?
В чем заключается метод электрического нагрева для определения теплоемкости твердых тел?
Выведите формулу для экспериментального определения теплоемкости.
Почему во время эксперимента нагревание пустого калориметра и калориметра с образцом необходимо производить при одной и той же мощности нагревателя?
Чем ограничена максимально допустимая температура нагревания калориметра?
Каковы источники ошибок данного метода измерений?
Используемая литература
[1] §87, 114; [3] §9.3, 9.5; [7] §53.
Лабораторная работа 1-23
Определение изменения энтропии при нагревании и плавлении олова
Цель работы: определение изменения энтропии при фазовом переходе первого рода на примере плавления олова.
Теоретическое введение
Состояния вещества, которые могут существовать одновременно в равновесии друг с другом, называются различными фазами вещества. В зависимости от агрегатного состояния различают газовую, жидкую и твердую фазы. Будем говорить далее о фазах чистого вещества. Переход из одной фазы в другую называют фазовым превращением или фазовым переходом. Характерная особенность фазовых превращений – скачкообразное изменение свойств вещества. Так, при нагревании льда его тепловое состояние меняется постепенно до тех пор, пока температура не становится равной 00С. Тогда лед начинает превращаться в жидкую воду, обладающую совершенно другими свойствами. После фазового перехода вещество состоит из тех же атомов, но обладает другими свойствами.
По классификации фазовых переходов, принадлежащей П. Эренфесту, в фазовых переходах I рода скачком изменяются такие термодинамические характеристики как плотность, объем, энтропия – первые производные от свободной энергии Гиббса. При этом выделяется или поглощается теплота. Примерами таких переходов являются процессы испарения и плавления вещества.
Фазовые переходы II рода осуществляются без выделения или поглощения теплоты, не меняются объем, энтропия. Однако скачком меняются производные от этих величин (вторые производные от свободной энергии Гиббса) – теплоемкость, коэффициент теплового расширения и т. д. Примерами таких переходов являются фазовые переходы типа "парамагнетик-ферромагнетик", переход в сверхпроводящее состояние, переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние.
В данной работе необходимо измерить температуру фазового перехода – температуру плавления олова, что и позволит рассчитать изменение энтропии при этом фазовом превращении.
Фазовый переход I рода сопровождается выделением или поглощением некоторого количества тепла (так называемая скрытая теплота перехода). Согласно условиям равновесия такой переход происходит обратимо при постоянном давлении и постоянной температуре. Первое начало термодинамики вводит одну функцию состояния (величину, не зависящую от пути процесса) – внутреннюю энергию . Второе начало термодинамики вводит другую функцию состояния – энтропию . Для обратимых процессов
, (23.1)
где – бесконечно малое количество теплоты, сообщаемое системе при малом изменении ее состояния, – ее температура. Символ указывает на то, что изменение не является полным дифференциалом, в отличие от . То есть, количество теплоты не является функцией состояния.
Можно воспользоваться вторым началом термодинамики и рассчитать изменение энтропии системы при переходе из состояния a в состояние b :
(23.2)
В нашем случае изменение энтропии при нагревании и плавлении олова определяется как сумма изменения энтропии при нагревании олова до температуры плавления и изменения энтропии при плавлении олова.
(23.3)
Выражение для нетрудно получить, учитывая, что количество теплоты , получаемое веществом при изменении его температуры, равно , где c – удельная теплоемкость, – масса вещества.
Тогда при нагревании от комнатной температуры до температуры плавления олова энтропия изменяется на
. (23.4)
Так как плавление вещества происходит при постоянной температуре , то при расчете по формуле (23.1) величину можно вынести из-под знака интеграла, а теплоту плавления необходимо выразить через удельную теплоту плавления :
. (23.5)
Окончательное выражение для изменения энтропии при нагревании и плавлении олова будет иметь вид:
. (23.6)