Термодинами первый курс лабораторная работа 6. Санктпетербургский политехнический университет петра великого
 Скачать 164.92 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ Институт энергетики и транспортных систем Кафедра "Энергетическое машиностроение" Отчет по лабораторной работе ТД-6 Определение теплоты фазового превращения и изменения энтропии при кристаллизации олова. Группа 3231303/00003 Студенты: Максимов П. С. Лазуткин В. Преподаватель: Кортиков Н. Н. Санкт-Петербург 2021 Введение В данной лабораторной работе рассматривается фазовое превращение – процесс кристаллизации олова. При этом его свойства такие как плотность, удельная энтропия, меняются скачком. Плавление и кристаллизация чистых веществ проходит при постоянной температуре, почти не зависящей от давления. Целью этой работы является нахождение теплоты кристаллизации и изменение энтропии. Удельная теплота кристаллизации – это то количество теплоты, которое необходимо отвести от единицы массы жидкости для его перехода в твёрдое состояние. Она равна  , однако разница между плотностью металла в жидком и в твёрдом состояниях незначительна. Изменением удельной энтропии в произвольном процессе называют величину  , однако кристаллизация металлов идёт при постоянной температуре Tкр=const, тогда  . При кристаллизации структура вещества упорядочивается, значит, внутренняя энергия уменьшается, поэтому энтропия убывает и теплота кристаллизации отрицательна. Для кристаллизации образца справедливо уравнение  , где F – поверхность теплообмена и α – коэффициент теплоотдачи, а при дальнейшем охлаждении ампулы с оловом выполняется  .В данной работе обозначают избыточную температуру образца  , перепад температур в точке кристаллизации  и темп охлаждения  . На основе выше указанных уравнений, верно,  , что позволяет нам определить темп охлаждения. Тогда мы можем найти и искомые величины: удельную теплоту кристаллизации  и изменении удельной энтропии при кристаллизации  .Таким образом, в ходе лабораторной работы нам необходимо выявить зависимость температуры от времени при остывании в жидком и твердом состоянии и при кристаллизации олова. На основе этих данных мы сможем определить искомые теплоту кристаллизации и изменение энтропии. Для проведения измерений мы используем установку, представленную на рисунке 1. В плавильную печь 1 с помощью подъёмного устройства 2 опускают ампулу с оловом 3, в которой размещена термопара 4, соединённая с первым каналом измерителя температуры 5. После плавления всего олова ампулу поднимают из печи и стопорят подъёмное устройство винтом 7. Термопара 6, измеряющая температуру воздуха вблизи поднятой из печи ампулы 3, соединена со вторым каналом измерителя температуры. Чтобы ускорить охлаждение ампулы и обеспечить α ≈ const, используют вентилятор 8. Схема установки  Обозначения: 1 – электрическая печь, 2 – подъемное устройство, 3 – ампула с оловом, 4 – ХК-термопара в ампуле, 5 – измеритель температуры, 6 – термопара для воздуха, 7 – винт, 8 – вентилятор, 9 – панель установки, 10 – регулятор температуры печи, 11 – тумблер «Сеть», 12 – тумблер «Вентилятор», 13 – тумблер «Нагрев», 14 – метка среднего положения, 15 – тумблер измерителя температуры. Используемые формулы:   Результаты прямых измерений Таблица – охлаждение образца.
Примеры расчетов   5,34711 0.00551 1/   Графики График 1 – Кривая охлаждения t(τ);  График 2 – Зависимость  (τ -τкр). Выводы В результате данной лабораторной работы мы получили значения удельной теплоты кристаллизации олова λ =  кДж/кг и изменения его удельной энтропии ∆s=  Дж/(кг∙К), а также построили графики зависимости температуры от времени  при кристаллизации и дальнейшем остывании и зависимость  .График отражает ожидаемые результаты, на нем прослеживается горизонтальный отрезок кристаллизации, а при охлаждении твёрдого олова зависимость похожа на прямую. Однако по экспериментальным данным температура кристаллизации не совпадает со справочными данными (Tкр = 232 ˚C). По полученным графикам она колеблется от 218 до 221 ˚C.В результате расчётов были найдены значения удельной теплоты кристаллизации и изменения удельной энтропии. Табличным значением теплоты плавления для олова является 59 кДж/кг, что связано с тем, что в установке находится образец не из чистого олова. График зависимости  близок к ожидаемому виду, при кристаллизации он представляет горизонтальный отрезок, а при дальнейшем остывании близок к линейной зависимости. В результате расчётов были найдены значения удельной теплоты кристаллизации и изменения удельной энтропии.В результате полученных данных можно предполагать, что в установке находится не чистое олово, а его сплав. Или же совсем другое вещество. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||