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.

3. По формуле (1) вычислить для каждого состояния системы шаров термодинамические вероятности Ω_А и Ω_В, энтропии S_A = lnΩ_A и S_B= lnΩ_B и термодинамическую вероятность всей системы как S = S_A+S_B. 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 S_равн: ∆S = S_равн - 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.