- Разместите в разных половинах коробки по N шаров разного цвета А и В. Число N задается преподавателем; рекомендуется для первого эксперимента 6-8 шаров.
- 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
- Что такое «микропараметры» молекул? Примеры.
- Что такое «макропараметры» тела? Примеры.
- Что такое «микросостояние» и «макросостояние» термодинамической системы?
- Что такое термодинамическая вероятность и какие числовые значения она может иметь?
- Как связаны друг с другом термодинамическая вероятность и энтропия?
- Что такое флуктуации термодинамической вероятности и энтропии? В каких случаях они имеют существенное значения и когда ими можно пренебречь?
- Как в принципе изменяются термодинамическая вероятность и энтропия при переходе термодинамической системы из неравновесного состояния в равновесное?
- Дайте определение второго начала термодинамики. Определите условия, при которых этот закон безусловно выполняется.
Библиографический список
- Савельев И. В. Курс общей физики: Учебное пособие.- Т.1.- М.: «Наука», 1977.- С. 325-334.
- Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие для вузов.- 7-е изд. стер.- Высш. шк, 2001.- С. 111-114.
- Ивлиев А.Д. Физика: Учебное пособие.- СПб.: Издательство «Лань», 2008.- С. 402-409.
ЗАДАНИЕ 2.
