Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования Брянский
государственный университет имени академика И.Г.Петровского
филиал в городе Новозыбкове
Лабораторная работа №7
Изучение изменения энтропии в неизолированной системе
Молекулярная физика
Новозыбков 2013
ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНТРОПИИ В НЕИЗОЛИРОВАННОЙ СИСТЕМЕ.
Цель работы: Определение приращения энтропии при плавлении олова.
Литература:
Приборы и принадлежности: тигель с оловом, термопара, милливольтметр,
электроплитка, сосуд со льдом, градуировочная кривая термопары, секундомер.
ВВЕДЕНИЕ.
Если некоторая термодинамическая система обратимо переходит из состояния 1, характеризующегося параметрами P1,V1, T1, в состояние 2 с параметрами P2,V2I,T2I, то изменение энтропии системы при таком переходе может быть вычислено по формуле:
(1)
где, dQ - элементарный приток тепла в систему;
Т - температура всей системы.
Интеграл берется вдоль траектории процесса, то есть вдоль кривой 1-2 на I рисунке 1. Так как энтропия является функцией параметров состояния, формулу (1) можно применить и к вычислению энтропии необратимого процесса, если интеграл брать по любому обратимому пути, и если начальное и конечное состояние системы являются однородными.
Система называется однородной. Если ее параметры (например, давление. температура) одинаковы в любой конечной области занимаемого пространства.
В отличие от изолированной системы, в которой при необратимых процессах изменение энтропии всегда положительно (∆S>0), в неизолированной системе ∆S может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от характера теплообмена с окружающей средой.
В данной лабораторной работе определяется изменение энтропии, происходящее при плавлении определенной массы (т = 0,05кг) олова (Sn)
Если первоначальное олово находится при комнатной температуре, то при подведении тепла оно сначала нагревается до температуры плавления, потом плавится при постоянной температуре. Изменение энтропии на первом этапе процесса равно:
∆S1=cmln(Tn/Tk) (2)
где, Тn- температура плавления;
Тk- начальная температура;
с- удельная теплоёмкость.
Для олова с=23*103 Дж\кг град.
На втором этапе (при плавлении):
∆S3=λm/Tn (3)
где, λ- удельная теплота плавления (для олова λ = 5.85 • 104 Дж /кг
Полное изменение энтропии:
∆S=∆S1 +∆S2=cmln(Tn/Tk)+λm/Tn (4)
∆S>0, так как рассматриваемый процесс сопровождается притоком тепла в систему. Таким образом, для вычисления ∆S надо знать температуру плавления олова.
ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Измерение температуры плавления олова производят термопарой. Обыкновенная термопара- две проволоки, изготовленные из разных металлов А и В. Концы проволок с одной стороны свариваются (спай 1, рис.2), а с другой- припаиваются к двум другим проводам С, соединяющим термопару с гальванометром. Если провода C и гальванометр имеют везде одинаковую температуру, то по закону Вольта промежуточный металл С не влияет на разность потенциалов проволок А и В, так что всю часть цепи, состоящую из спая 2, провода С, гальванометра, другого провода и спая 3, можно рассматривать как второй непосредственный спай концов проволок А и В. Спай 1 помещается в область искомой температуры T1, а спаи 2-3 в термостатах с известной температурой Т3, котороя тем или иным способом поддерживается постоянной.
Рис.2
Термо ЭДС, возникающая в термопаре, является в общем случае сложной функцией температур Т1(спай1) и Т2 (спай 2-3), поэтому искомая температура Т определяется по градуировочной кривой, действительной только при определенном значении Т3. Более простой способ заключается в использовании гальванометра, шкала которого проградуирована непосредственно в градусах температуры Т1. Эта градуировка тоже действительно только для определенного значения Т2, указанного на гальванометре.
В данной работе применяется дифференциальная термопара, схема которой показана на рисунке 3. Здесь термо ЭДС также зависит от температур Т1, и Т2. Искомая температура Т1 определяется тем же методом, что и при обычной термопаре: по градуировочной кривой или по специальной шкале гальванометра при заданном Т2. Разница только в том, что температура спаев с соединительными проводами не влияет на термоЭДС (провода С). Важно, однако, чтобы вся цепь 3-4 находилась при одинаковой температуре, величина которой безразлична: ее изменения не влияют на термо ЭДС.
Рис.З
Собирают установку по рабочей схеме (рис.4). Спай термопары 2 помещают в тающий лед или холодную воду, то есть при температуре t=0°С или около нее. В цепь термопары вместо гальванометра включен милливольтметр, измеряющий термоЭДС. Концы термопары помещены в керамические трубки.
ИЗМЕРЕНИЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ.
Для повеления непосредственных измерений рекомендуется проделать cледуюшее;
1.Ознакомиться с приборами данной установки.
2.Подготовить сосуд с тающим льдом.
3. Заготовить на миллиметровой бумаге координатные оси в масштабе:
ось ординат: 10 мм= 1 мВ
ось абсцисс: 10мм=1мин.
4. Включить электрическую плитку в сеть, довести олово до жидкого состояния и одновременно включить секундомер.
Рис.4
5. Выключить электроплитку и одновременно включить секундомер, отмечая показания милливольтметра через каждую 1\2 минуты. Данные занести на график в координатах (мВ-мин). Измерения проводить до тех пор, пока ЭДС не достигнет постоянного значения, а затем начнет снижаться.
6.Вновь включить электроплитку и, совершенно так же, снять кривую нагревания олова, дойдя до первоначального состояния. График построить по той же координатной сетке.
7.По двум полученным кривым, усреднения, определить показания милливольтметра, соответствующие участку кривой, параллельной оси времени, по градуировочной кривой термопары определить температуру плавления олова.
Контрольные вопросы.
1.Исходя из общего состояния (1), получить формулы (2) и (3), использующиеся в данной работе.
2.Привести примеры обратимых и необратимых термодинамических процессов.
3.Как связаны необратимость процессов и их вероятность?
4.Что называют функцией состояния и функцией процесса (привести примеры)
5.Как меняется энтропия и различных термодинамических процессах?
6.Чем отличается характер плавления кристаллических тел от аморфных?
7. Что называется теплотой плавления?
8. Какие превращения называются фазовыми переходами 2-го и 1-го рода?
9. Как зависит температура плавления от давления?
10. Привести пример диаграммы равновесия (фазовой диаграммы) вещества в координатах РТ.
11. Что такое тройная точка?
12. В чем состоит различие между простой и дифференциальной термопарой.