Измерения и обработка результатов

Изменение энтропии при нагревании и плавлении олова

Цель работы: Определить приращение энтропии при фазовом переходе первого рода на примере плавления олова.

Оборудование: Печь электрическая; тигель с оловом; термопара; потенциометр, секундомер.

Теоретические сведения

Фазовый переход первого рода – фазовое превращение, сопровождающееся поглощением или выделением некоторого количества теплоты и изменением удельного объема; температура перехода остается постоянной и зависит от давления. В данной работе необходимо измерить температуру фазового перехода – температуру плавления олова, что позволит определить приращение энтропии.

Так как для обратимых процессов приращение энтропии d S = d Q / T (знаком d Q обозначено то, что количество теплоты не является полным дифференциалом, так как зависит не только от начального и конечного состояния системы, но и от пути перехода), а изменение энтропии при переходе системы из состояния a в состояние b

то изменение энтропии при нагревании и плавлении олова определяется как сумма изменения энтропии при нагревании до температуры плавления и при плавлении олова:

или

, (1)

где d Q – бесконечно малое количество теплоты, передаваемой системе при температуре Т; d Q ₁ и d Q ₂ – бесконечно малые количества теплоты, полученные оловом при нагревании и при плавлении; Т _к – начальная (комнатная) температура, К; Т _п – температура плавления, К; l - удельная теплота плавления; с – удельная теплоемкость; m – масса олова.

Измерения и обработка результатов

1. С разрешения преподавателя одновременно включить в сеть потенциометр и электрическую печь.

2. Включить тумблер "Диаграмма" на потенциометре. Одновременно включить секундомер.

3. Нагрев производить до температуры t = 250 ^оС. Отмечать значения температуры через каждые 60 секунд. Результаты измерений заносить в журнал наблюдений.

4. В момент повышения температуры до 250 ^оС отключить электрическую печь. Выключить тумблер "Диаграмма" и отключить потенциометр от сети.

5. Результаты измерений нанести на график в координатах "температура" и "время".

6. Вычислить приращение энтропии при нагревании и плавлении олова по формуле (1).

7. Определить основные источники погрешности при определении приращения энтропии данным методом.

8. Погрешность косвенного измерения DS вычислить методом дифференцирования (m, Т_к, Т_п).

ПРИМЕЧАНИЕ: для остывания олова в установке требуется длительное время, поэтому правую часть графика строить по данным, снятым для левой части. По среднему значению найти температуру плавления олова.

Масса олова m = 0,20 кг

T^O, K

Время, с

Темпера-тура, K

График

t, c

…