Определение изменения энтропии твердого тела - файл n1.doc

приобрести
Определение изменения энтропии твердого тела
скачать (46 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc138kb.17.05.2005 00:50скачать

n1.doc

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 Т0 до 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 dT градусов 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 Т0 до температуры плавления Тп найдется 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

Для 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

T,0C

32

45

64

81

98

115

128

140

150

160

168

175

182

187

193

198

202

206

209

212

215

t,мин

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20




T,0C

217

219

220

221

222

223

225

226

227

228

229

230

231

232

234

235

236

238

238

238

238

t,мин

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41


Охлаждение

T,0C

231

218

205

193

184

177

168

164

159

150

146

139

132

127

122

116

111

107

103

99

t,мин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20




T,0C

95

92

89

86

83

80

78

76

73

70

68

t,мин

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31


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:











Лабораторная работа № 128
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации