Последовательность выполнения эксперимента. Таблица 1. № Вре мя t, с Система шаров А

  1. Разместите в разных половинах коробки по N шаров разного цвета А и В. Число N задается преподавателем; рекомендуется для первого эксперимента 6-8 шаров.
  2. Включить электродвигатель, вызвав колебание коробки и тем самым хаотическое движение шаров. Через равные промежутки времени t (5 – 10с по заданию преподавателя) выключать электродвигатель и пересчитывать количество шаров А и В в обеих половинах коробки. Полученные данные заносить в таблицу 1. Операцию продолжать до тех пор, пока не наступит полное равновесие в системе (количество шаров А и В в в обеих половинах коробки одинаков и равно N/2), и затем сделать еще 8-10 измерений.

Таблица 1.

  №   Вре мя t, с Система шаров А Система шаров В   S= SA+SB
Число шаров справа Число шаров слева   ΩА SA= =lnΩA   Число шаров справа Число шаров слева   ΩВ SB= =lnΩВ
         
         
         
… … …. ….     …. ….      

 

3. По формуле (1) вычислить для каждого состояния системы шаров термодинамические вероятности ΩА и ΩВ, энтропии SA = lnΩA и SB= lnΩB и термодинамическую вероятность всей системы как S = SA+SB . Все полученные данные занести в таблицу 1.

 

Примечание: выражение S=lnΩ означает, что вычисление энтропии осуществляется с точностью до коэффициента Больцмана .

4. По полученным данным (таблица 1) построить график зависимости S(t).

5. В промежутке времени от момента наступления равновесия в системе до окончания измерений найти по графику отклонения (абсолютные флуктуации) ∆S энтропии S(t) от равновесного значения Sравн : ∆S = Sравн - S(t) и найти среднее значение флуктуации ‹∆S›.

6. Вычислить относительную флуктуацию энтропии .

7. Повторить п. 1-6 для бо′льшего количества шаров N (по указанию преподавателя).

8. Проанализировать полученные данные и сделать выводы о выполнимости второго начала термодинамики в данном лабораторном эксперименте.

 

Вопросы для контроля

  1. Что такое «микропараметры» молекул? Примеры.
  2. Что такое «макропараметры» тела? Примеры.
  3. Что такое «микросостояние» и «макросостояние» термодинамической системы?
  4. Что такое термодинамическая вероятность и какие числовые значения она может иметь?
  5. Как связаны друг с другом термодинамическая вероятность и энтропия?
  6. Что такое флуктуации термодинамической вероятности и энтропии? В каких случаях они имеют существенное значения и когда ими можно пренебречь?
  7. Как в принципе изменяются термодинамическая вероятность и энтропия при переходе термодинамической системы из неравновесного состояния в равновесное ?
  8. Дайте определение второго начала термодинамики. Определите условия, при которых этот закон безусловно выполняется.

 

Библиографический список

  1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учебное пособие.- Т.1.- М.: «Наука», 1977.- С. 325-334.
  2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие для вузов.- 7-е изд. стер.- Высш. шк, 2001.- С. 111-114.
  3. Ивлиев А.Д. Физика: Учебное пособие.- СПб.: Издательство «Лань», 2008.- С. 402-409.

 

ЗАДАНИЕ 2.