Лабораторная работа 128 Определение изменения энтропии твердого тела при его нагревании и плавлении Цель работы
 Скачать 138 Kb.
|
|
Лабораторная работа № 128 Определение изменения энтропии твердого тела при его нагревании и плавлении 1. Цель работы Определение изменения энтропии твердого тела при его нагревании и фазовом переходе первого раза на примере нагревания и плавления олова. 2. Теоретическая часть В формулировке Клаузиуса энтропия термодинамической системы является функцией ее состояния, дифференциал которой в обратимом процессе равен отношению элементарного количества теплоты  , полученного системой, к ее абсолютной температуре Т: (2.1)Обратимым называют такой процесс, при котором система может быть возвращена в исходное состояние и при этом все окружающие ее тела будут в том же состоянии, что и в первоначальном. Процессы, не удовлетворяющие этому условию, называются необратимыми. Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия изолированной системы не может убывать при любых происходящих в ней процессах. В случае обратимых процессов она остается неизменной, а в случае необратимых она увеличивается. Энтропия системы является количественной мерой ее разупорядоченности. Наибольшее значение энтропии соответствует наибольшей степени беспорядка системы и такое состояние системы, предоставленной самой себе является наиболее вероятным. Больцман показал, что в соответствии с определением Клаузиуса (2.1) энтропия системы в данном состоянии может быть представлена как  (2.2)где k- постоянная Больцмана, а W - термодинамическая вероятность (или статистический вес) системы, равная числу микросостояний, которыми может быть реализовано данное макросостояние системы. Изменение энтропии твердого тела при его нагревании и плавлении можно, определить, используя зависимость температуры тела Т от времени / в процессе его нагревания, которая при постоянной мощности нагрева имеет характерный вид ломаной линии (рис. 2.1). Участок I графика соответствует нагреванию тела от начальной температуры Т0до температуры плавления Тп ,после достижения которой тело начинает плавиться (участок II). Процесс плавления относится к фазовым переходам первого рода. Такими являются фазовые превращения вещества, сопровождающиеся поглощением или выделением некоторого количества теплоты и изменением удельного объема вещества. При неизменном давлении фазовые переходы первого рода происходят при определенной постоянной температуре, т.е. являются изотермическими.  Рис 2.1 При нагревании тела массой т на dTградусов оно получает количество теплоты  (2.3)где с - удельная теплоемкость вещества тела. При этом энтропия тела изменяется на величину  (2.4)Полное изменение энтропии тела при нагревании от начальной температуры Т0до температуры плавления Тпнайдется интегрированием (2.4):  (2.5)Плавление происходит при постоянной температуре Tп поэтому за время плавления энтропия тела изменится на величину  (2.6)где (  - количество теплоты, полученное телом в процессе плавления. Его можно определить через удельную теплоту плавления  : (2.7)Таким образом, суммарное приращение энтропии тела при его нагревании от температуры  и последующим плавлением оказывается равным (2.8)3. Экспериментальная установка Д  ля определения изменения энтропии при нагревании и плавлении твердого тела предназначена экспериментальная установка ФПТ 1-11, общий вид которой показан на рис. 3. 1 .7 6 Рис. 3.1. Общий вид экспериментальной установки ФПТ 1 - стойка; 2 - кронштейн; 3 - нагреватель; 4 - датчик температуры; 5 - тигель с исследуемым материалом; 6 - блок рабочего элемента; 7 - блок приборов Рис. 3.1. Общий вид экспериментальной установки ФПТ 1-11 Нагревание тела происходит в тигле с помощью электрического нагревателя 3, источник питания которого размещен в блоке приборов 7, при этом режим нагрева регулируется ручкой «нагрев». Температура тела измеряется цифровым термометром, расположенным в блоке рабочего элемента 6 под кронштейном. Время нагрева измеряется цифровым секундомером, расположенным в блоке приборов. Секундомер приводится в действие при включении питания блоков приборов. 4. Экспериментальная часть Таблица с результатами измерений: Нагревание
Охлаждение
График. Зависимость температуры от времени  Увеличенный участок графика в интервале времени от 36 до 43 минут.  5. Расчеты 1)  ;  ; с=230 Дж/кг*К ; m=0,0609 кг 2)  ; m=0,0609 кг  3)  6. Вывод Провели экспериментальный опыт, записали данные и выполнив расчеты получили следующие значения:    |