НАГРЕВАНИИ И ПЛАВЛЕНИИ ОЛОВА.
Приборы и принадлежности:
1. тигель с оловом, смонтированный в микроэлектропечи;
2. термопара;
3. сосуд с маслом;
4. милливольтметр;
5. градуировочный график термопары;
6. автотрансформатор и амперметр.
Цель работы: определение приращения энтропии при фазовом переходе первого рода на примере плавления олова.
Теория метода и описание установки
В середине прошлого века было сделано существенное открытие, касающееся обратимых термодинамических процессов. Оказалось, что наряду с внутренней энергией у тела имеется еще одна замечательная функция состояния – энтропия. Если тело или система при бесконечно малом переходе из одного состояния в другое при температуре Т получает тепло dQ, то отношение 
является полным дифференциалом некоторой функции S. Эта функция и есть энтропия, определяющаяся одним из двух эквивалентных равенств:
, 
(1)
Утверждение о существовании функции, дифференциал которой есть , носит название принципа существования энтропии и является одним из важнейших законов природы.
Энтропия изолированной системы при любых происходящих в ней процессах не может убывать:
Это утверждение носит название закона возрастания энтропии или второго начала термодинамики.
Энтропию в кинетической теории или статистической механике отождествляют со степенью хаотичности движения в системе. Энтропия системы мала, когда движение в системе упорядоченно или когда распределение частиц в ней по скоростям маловероятно. В физических процессах упорядоченные системы стремятся стать неупорядоченными. Энтропия является количественной мерой степени молекулярного беспорядка в системе.
В данной работе нужно найти изменение энтропии 
при нагревании и плавлении олова.
, (2) где 
- приращение энтропии при нагревании олова от комнатной температуры 
до температуры плавления 
;
- приращение энтропии при плавлении олова.
Согласно формуле (1):
+ 
= 
+ 
= 
+ 
, (3)
где dQ 
и dQ 
- бесконечно малые количества теплоты, полученные при нагревании и плавлении;
- комнатная температура;
- температура плавления;
с - удельная теплоемкость олова;
- удельная теплота плавления олова;
m - масса олова.
Рабочая схема установки показана на рисунке (1). Температура олова измеряется при помощи термопары, один спай которой погружают в тигель с оловом, а другой спай – в сосуд с маслом, в котором практически сохраняется комнатная температура. Термо - э.д.с., возникающая в цепи термопары при наличии разности температур в спаях, измеряется милливольтметром.
Порядок выполнения работы
1. Измерить начальную температуру олова при помощи термометра, находящегося в масле.
2. Включить одновременно цепь печи и секундомер, записывая через каждую минуту показания милливольтметра и время в таблицу (1). Измерения проводить до тех пор, пока термо – э.д.с. не достигнет постоянной величины, а затем начнет увеличиваться.
3. Построить график зависимости показаний милливольтметра от времени 
.
4. По построенному графику определить показание милливольтметра (напряжение), соответствующее участку кривой, параллельной оси времени .
5. По калибровочному графику термопары (на установке) определить разность температур 
между горячим и холодным спаями при плавлении.
6. Вычислить температуру плавления по формуле:
7. По формуле (3) вычислить приращение энтропии при нагревании и плавлении олова; масса олова, удельная теплоемкость и удельная теплота плавления записаны на установке.
Таблица 1. Результаты измерений и расчетов
| № опыта |  , мин
| U, мВ 
|
Рисунок 1 - Рабочая схема лабораторной установки
Контрольные вопросы
1. Введите понятие энтропии.
2. Сформулируйте принцип возрастания энтропии (второй закон термодинамики)
3. Что означает выражение: “энтропия - функция состояния системы”?
4. Что такое обратимые и необратимые процессы?
5. Объясните несостоятельность вывода о неизбежности “тепловой смерти” Вселенной.
Литература [ 1,4,7 ]
ЧАСТЬ II
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Техника безопасности
Прежде чем приступить к выполнению лабораторных работ по электричеству и магнетизму, следует предварительно ознакомиться с описанием работы, во время выполнения работы быть внимательным и строго соблюдать правила по технике безопасности.
Монтаж экспериментальной установки в большинстве случаев студент производит самостоятельно по принципиальной или монтажной схемам. Необходимо помнить следующее:
1. Вся электрическая схема монтируется с помощью соединительных проводов. Провода должны быть изолированы, а концы их зачищены, так как они постоянно окисляются, вследствие чего нарушается контакт.
2. Контакты должны быть всюду плотны. Если в контактах для присоединения проводов имеются отверстия, то зачищенные концы проводов вставляются именно в них и прижимаются сверху винтами. Если отверстий нет, то зачищенный конец провода подкладывается под контактный винт по ходу завинчивания винта.
3. Переплетение даже изолированных проводов не допускается
4. Цепь ведется от источника тока, но подключается источник тока в последнюю очередь. При разборке схемы прежде всего отключается источник тока.
5. Если ток постоянный и нуль шкалы измерительного прибора не на середине ее, а слева, то полюс источника соединяется с полюсом прибора, который всегда находится на правой стороне крышки.
6. Все реостаты, включаемые в цепь, должны быть установлены на максимум сопротивления.
7. Потенциометры устанавливаются на нуль подаваемого в контур напряжения.
8. Все ключи и коммутаторы при сборке цепи должны быть разомкнуты.
9. Замыкать ток без проверки схемы преподавателем или лаборантом категорически запрещается.
10. Ток замыкается только на время отсчетов.
Для соблюдения техники безопасности при работе с электрическими схемами следует:
1) не включать рубильники и вилки без разрешения преподавателя или лаборанта;
2) не включать схему под напряжение без предварительной проверки ее преподавателем или лаборантом;
3) не производить переключение схем, находящихся под напряжением;
4) не прикасаться к неизолированным частям схемы;
Дата: 2019-07-24, просмотров: 223.
