МУ - МТ-5 (Изучение энтропии твердого тела на примере нагревания и плавления олова), страница 3

Найдем внутреннюю энергиюUед единицы массы вещества (в системе СИ - это 1 кг):Uед = 3RT/µ,где µ - молярная масса рассматриваемого вещества.Для твердого вещества при изменении температуры можно пренебречь изменениемего объема. По этой причине теплоемкость единицы массы твердого вещества (удельную теплоемкость) можно рассчитать по формулес = δQед/dT = dUед /dT= 3R/µ,7где Qед - теплота, передаваемая единице объема рассматриваемого вещества.Отсюда следует сформулированное выше правило Дюлонга-Пти для расчета удельнойтеплоемкости атомов твердого вещества.Используемая в выражении (11) удельная теплоемкость олова, рассчитанная согласнозакону Дюлонга - Пти, равнас = 3R/µол.При подстановке в это выражение значений молярной массы олова µол =119⋅10-3кг/моль и постоянной R = 8,31 Дж/К получимс = 210 Дж/кг.Это значение согласуется со значением теплоемкости олова, полученным опытнымпутем.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬЭкспериментальная установка.

Для измерения изменения энтропии вещества приего плавлении используют экспериментальную установку ФПТ1-11, общий вид которойпредставлен на рисунке.Установка ФПТ1-111 - блок приборов контроля и управления нагревом вещества; 2 - блок приборов для измерения температуры вещества; 3 - разъем; 4 - тигель с исследуемым материалом; 5 - датчик температуры; 6 - нагреватель; 7 - цифровой контроллер для измерения температуры; 8 - кронштейн; 9 - стойкаВ качестве исследуемого вещества выбрано олово. Нагревание олова происходит втигле 4 с помощью электрического нагревателя 6, источник питания которого располагаетсяв блоке приборов контроля и управления нагревом вещества 1.

Температура олова измеряется цифровым термометром 7, соединенным с датчиком температуры 5. В состав установкивходит секундомер, запускаемый автоматически при включении нагревателя; с помощью секундомера можно измерять время нагрева вещества.Порядок проведения работы.1. Включить тумблер «Сеть» установки и измерить начальную температуру олова (Т0).2. Установить значение напряжения 10 В, а значение тока 2 А.3. Одновременно с включением установки включить нагреватель и запустить хронометр.Хронометр используют только для измерения времени! Через каждую минуту измерять температуру олова. Измерения температуры олова проводить до тех пор, пока его температура8не достигнет сначала постоянной величины Тпл, затем начнет увеличиваться до температурыТ = 300 0С.

Время нагревания олова до температуры плавления примерно 20 мин. Результатыизмерений надо занести в таблицу.Время t, минТемпература на- Температура охТемператураТемпературагревания Тнагрлаждения Тохлплавленияплавления припри нагревеохлаждении12…4. Вывести регулятор нагрева в крайнее левое положение. Выключить нагреватель и провести через каждую минуту измерения температуры олова при охлаждении и при остывании.Результаты измерений занести в таблицу. Измерения температуры олова проводить до техпор, пока его температура не достигнет сначала постоянной величины Тпл, затем начнетуменьшаться.

Выключить установку ФПТ1-11 тумблером «Сеть».Обработка результатов измерений.1. По результатам измерений построить график зависимости температуры олова при его нагревании Тнагр от времени t.2. По результатам измерений на том же самом графике, где изображена зависимостьТнагр=f(t), построить график зависимости температуры олова при остывании Тостыв от времениt.3. Определить температуры двух параллельных оси времени участков полученных вышеграфических зависимостей T=f(t) и по их среднему значению найти температуру плавленияолова.4. По формуле (7) найти изменение энтропии во время нагревания и плавления олова.

Удельную теплоту плавления олова положить равной λ = 60,2 кДж/кг, удельную теплоемкостьолова - с = 210 Дж/(кг⋅К), массу олова - m = 0,150 кг.5. Оценить погрешность результатов измерений по методике, известной по лабораторной работе M-l. Принять погрешность измерения температуры ∆T = 2 К.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.1. Что такое фазовый переход первого рода?2.

Что определяет энтропия?3. Чему равно изменение энтропии при изотермическом и адиабатическом процессах?4. Получите формулу, используемую для расчета энтропии в данной работе.5. На чем основан метод определения изменения энтропии при нагревании и плавлении олова в данной работе?6. До какой температуры следует нагревать олово в тигле при выполнении эксперимента?7. Почему после того, как температура олова при плавлении была постоянной, она повышается снова, если нагреватель не выключать?8.

Каковы основные погрешности данного метода измерения энтропии при плавлении олова?Список литературы.1. Сивухин Д.В. Общий курс физики: В 5 т. Т. 2: Термодинамика и молекулярная физика. М.:Наука, 2001.2. Савельев И.В. Курс общей физики: В 5 кн. Кн. 3: Молекулярная физика и термодинамика.М.: Наука, 1998.3.

Матвеев А.К Молекулярная физика. М.: Наука, 1981.4. Глаголев К.В., Морозов А.Н. Физическая термодинамика. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,2004..