Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННИЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Методические указание к лабораторной работе № 1-М.Ф.

"Опредение изменения энтропии при нагревании и плавлении припоя"

Составили:	Самсонова Н.П.,
	Ярков Д.М

Тюмень, 2005 г.

№ 1 м.ф. "OПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ

ПРИ НАГРЕВАНИИ И ПЛАВЛЕНИИ ПРИПОЯ (Sn+Pb)"

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:	определить температуру плавления припоя (Sn+Pb) и рассчитать приращение энтропии данного вещества.
ОБОРУДОВАНИЕ:	электропечь, припой, термопара, вольтметр В7-21

Краткая теория.

Для описания термодинамических процессов первого начала термодинамики недостаточно. Выражая закон сохранения и превращения энергии, первое начало термодинамики не позволяет определить направление протекания процессов в природе. Опыт показывает, что в естественных процессах такая направленность существует. Например, любые виды энергии могут самопроизвольно и полностью переходить в теплоту, тог­да как теплота может быть преобразована в другие виды энергии толь­ко с помощью машин и при этом не полностью, т.к. процесс преобразования связан с неизбежными потерями некоторой части теплоты. Эта теплота передается окружающим телам.

Рассмотрим данное положение на примере работы теплового двигателя и холодильной машины. Работа, совершаемая тепловым двигателем , равна

где - количество теплоты, полученное от нагревателя (термо­стата с более высокой температурой ); - количество те­плоты, отданное холодильнику (термостату с более низкой температурой ).

Чтобы коэффициент полезного действия был , должно быть выполнено условие , т.е. тепловой двигатель должен иметь только источник теплоты, а это невозможно. Невозмож­ность создания теплового двигателя, работающего только с источником теплоты (так называемого вечного двигателя второго рода), составляет содержание второго начала термодинамики в формулировке Кельвина- Планка:

1. вечный двигатель второго рода невозможен,

2. невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение те­плоты в эквивалентную ей работу.

Процесс, обратный рассмотренному в тепловом двигателе, используется в холодильной машине. Системой за цикл поглощается при низкой температуре количество теплоты и отдается при более высокой температуре количество теплоты .Тогда

или

т.е. количество теплоты , отданное системой источнику те­плоты при более высокой температуре , больше количества теплоты , полученного от источника теплоты при более низкой темпера­туре на величину A работы, совершенной над системой. Следова­тельно, без совершения работы нельзя отобрать теплоту от менее нагретого тела и отдать более нагретому телу. Это утверждение состав­ляет содержание второго начала термодинамики по Клаузиусу: теплота никогда не может переходить сама собой от тел с более низкой темпе­ратурой к телам с более высокой температурой.

Для оценки «качества» теплоты пользуются величиной, называемой приведенным количеством теплоты. Так называют количество теплоты Q, приходящееся на единицу абсолютной температуры Т, при которой эта теплота сообщается телу или отнимается от него: Единицы измерения приведенной теплоты -

При этом имеет значение не абсолютная величина приведенной теплоты, а ее изменение; увеличение приведенной теплоты указывает на сни­жение возможностей преобразования теплоты, содержащейся в системе, в другие виды энергии и наоборот. Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу на бесконечно малом участке процесса, равно .

Для любого обратимого кругового процесса сумма приведенных коли­честв теплоты равна нулю;. тогда

(1)

Из равенства нулю интеграла, взятого по замкнутому контуру, следует, что подынтегральное выражение есть полный дифференциал некоторой функции, которая определяется только состоянием системы и не зависит от пути, каким система пришла в это состояние, т.е.

(2)

Функция состояния S называется энтропией. Изменение энтропии связано с обратимостью или необратимостью процессов. При обратимых (квазистатических) процессах изменение энтропии

, (3)

энтропия остается неизменной.