Описание установки и вывод расчетной формулы. Схема установки для определения изменения энтропии приведена на рисунке 1

Схема установки для определения изменения энтропии приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема установки: 1 – электропечь; 2 – тигель с оловом;

3 – термопара; 4 – прибор для измерения температуры

 

Установка состоит из электропечи 1, в которую помещают тигель с оловом 2, в олово введена термопара, соединенная с прибором для измерения температуры 4 (логометром или милливольтметром). Питание осуществляется от электросети с напряжением 220 В.

Для определения общего изменения энтропии олова в процессе нагрева и плавления необходимо вычислить количество тепла, сообщенное данной массе олова в каждом из этих процессов

(3)

где - теплота, переданная данному телу при нагреве, Дж; с – удельная теплоемкость олова, Дж/кг×K; m – масса олова, кг; - комнатная температура, К; - температура плавления олова, К.

 

, (4)

 

где - теплота, переданная данной массе олова при плавлении, Дж; - удельная теплота плавления, Дж/кг; m – масса олова, кг.

Подставляя значения и в формулу (1) получим

 

; (5)

 

. (6)

Так как

Q= + ,

то общее изменение энтропии

 

. (7)

 

Порядок выполнения работы и требования

К оформлению результата

3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить и законспектировать следующие библиографические источники:

- для неинженерных специальностей С. 232–244 /1/.

- для инженерных специальностей С. 110–114 /2/; С. 89–123 /3/.

3.2 Поместить в тигель кусочки олова.

3.3 Привести в контакт термопару с оловом.

3.4 Включить электронный потенциометр.

3.5 Записать комнатную температуру .

3.6 Включить одновременно цепь печи и секундомер, отмечая время τ через каждые t = 20о показаний логометра.

3.7 Данные внести в таблицу 1. Измерения проводить до тех пор, пока температура не достигнет постоянной величины , а затем начнет увеличиваться.

 

Таблица 1 Результаты измерений

 

Обозн. физ. вел. Полученные результаты
                 
мин.                  

 

3.8 Выключить цепь печи и проводить аналогичные измерения при охлаждении олова.

3.9 Построить график

3.10 По полученному графику определить температуру плавления олова . Затем перевести в К: .

3.11 Вычислить по формулам (5 - 7) приращение энтропии при нагревании и плавлении олова т. е.: , , . Параметры, необходимые для вычислений, приведены в таблице 2.

 

 

Таблица 2 Однократно измеренные величины

Обозначения физических величин
(20,0±0,01)10-3 кг (250±0,5) Дж/кг (58,6±0,05) 103 Дж/кг К        

 

 

3.12 Определить абсолютные погрешности по формулам:

 

; (8)

 

; (9)

 

. (10)

 

 

3.13 Записать окончательный результат в виде:

 

. (11)

 

Контрольные вопросы

 

4.1 Какие формулировки второго закона термодинамики Вам известны?

4.2 Какие два толкования энтропии Вы знаете?

4.3 Какие термодинамические процессы называются круговыми, обратимыми и необратимыми?

4.4 Как изменяется энтропия при различных процессах?

4.5 Что Вы знаете о вечном двигателе второго рода?

4.6 По какому признаку можно безошибочно отличить кристаллическое тело от аморфного?

4.7 Как выглядят графики плавления аморфного тела и тела кристаллического?

4.8 Что такое приведенная теплота?

4.9 Каков физический смысл неравенства Клаузиуса?

4.10 Можно ли уменьшить энтропию тела, входящего в замкнутую систему?

4.11 Может ли изменяться энтропия при неизменной температуре?

 

Лабораторная работа №6