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, Тк, Тп).
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
 Время, с
| Темпера-тура, K | График | ||
| … | |||
 30
|
