Теория метода

В данной работе рассматривается изменение энтропии при плавлении олова. Процесс плавления олова можно рассматривать в два этапа: I –нагревание от комнатной температуры Т_к до температуры плавления Т_п, II – плавление.

Изменение энтропии на первом этапе можно определить:

.

Изменение энтропии на втором этапе:

.

Полное изменение энтропии равно:

. (7)

Для определения изменения энтропии необходимо определить температуру плавления олова. Эту температуру определяют из условия, что при плавлении температура не изменяется. Постоянная температура при плавлении обусловлена тем, что теплота, поступающая от нагревателя, расходуется не на повышение температуры олова (т.е. не на увеличение кинетической энергии атомов в кристаллической решетке), а на разрушение кристаллической решетки. И пока существует хотя бы одна атомарная связь, температура олова не повысится. Поэтому, если снимать зависимость температуры нагрева олова от времени, то обнаружим, что некоторое время температура не изменяется. Это и есть температура плавления олова.

Описание эксперимента

Включите нагреватель и термометр (рис.3). Нагрев вести до температуры, заданной преподавателем включите секундомер и начните заполнять табл. 1.

Таблица 1

Время (с)
Температура олова (К)

Определив из таблицы температуру плавления и воспользовавшись формулой (7), рассчитайте изменение энтропии. Полученные результаты занесите в табл. 2.

Таблица 2

m (кг)	c (Дж/кгК)	 (Дж/кг)	Тпл (К)	Тк (К)	S (Дж/К)

Расчет погрешности

Относительная ошибка:

Абсолютная ошибка: Δ(ΔS) = ΔS ε

Задачи

1. Найти изменение энтропии 1 кг воды при нагревании ее в чайнике от 20⁰ до кипения (100⁰С).

Ответы: 1) 500 Дж/К; 2) 25,5 Дж/К; 3) 125 Дж/К; 4) 10³ Дж/К; 5) 230 Дж/К.

2. Идеальная тепловая машина получает от нагревателя температура которого 500 К за один цикл 3360 Дж теплоты. Найти количество теплоты, отдаваемое за один цикл холодильнику, температура которого 400 К.

Ответы:1) 2688 Дж; 2) 3273 Дж; 3) 685 Дж; 4) 931 Дж; 5) 5850 Дж.

3. Температура холодильника идеального теплового двигателя равна 27⁰С, а температура нагревателя на 90⁰С больше. Каков КПД этого двигателя?

Ответы:1) 30 %; 2) 23 %; 3) 46 %; 4) 77 %; 5) 66 %.

4. Определить изменение энтропии 10 г воды при отвердении ее в лед при 0⁰С.

Ответы:1) –20,8 Дж/К; 2) 17,7 Дж/К; 3) –56,4 Дж/К; 4) –12,3 Дж/К; 5) 31,7 Дж/К.

5. Газ совершающий цикл Карно за счет каждых 2 кДж энергии, полученной от нагревателя, производит работу 600 Дж. Во сколько раз абсолютная температура нагревателя больше абсолютной температуры холодильника?

Ответы:1) 1,3; 2) 1,4; 3) 1,6; 4) 1,5; 5) 1,7.

6. Определить изменение энтропии 20 г олова при изменении температуры от 27⁰С до 210⁰С. (с=0,23^.10³ Дж/кг^.К)

Ответы: 1) 12,8 Дж/К; 2) 2,35 Дж/К; 3) 4,39 Дж/К; 4) 17,8 Дж/К; 5) 2,16 Дж/К.