ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10: Определение изменения энтропии

Краткая теория

Основу термодинамики составляют два начала. Первое начало устанавливает количественные соотношения, имеющие место при превращениях энергии из одних видов в другие. Оно утверждает:

Второе начало термодинамики определяет условия, при которых возможны превращения энергии, т.е. определяет возможные направления процессов, происходящих в системе.

Величины, характеризующие состояния системы, называются параметрами состояния. Состояние системы, при котором все параметры имеют значения, остающиеся неизменными сколь угодно долго, называется равновесным. Равновесный процесс может быть проведен в обратном направлении (обратный процесс) через те же промежуточные состояния, что и прямой.

системой при обратном процессе тепла, Т – температура системы.

5 Разница в написании бесконечно малого изменения внутренней энергии dU и бесконечно малого количества теплоты Q, сообщенного системе, или работы А, совершенной системой, объясняется тем, что энергия – функция состояния, ее изменение при переходе из одного состояния в другое однозначно (не зависит от промежуточных состояний), а количество теплоты и работа – функции процесса, их значения при переходе между заданными состояниями могут быть различны.

сообщения тепла, так и вследствие необратимости процесса. Поэтому

Состояние макроскопического тела или макросостояние может быть осуществлено различными способами, каждому из которых соответствует некоторое микросостояние тела. Число различных микросостояний, соответствующих данному макросостоянию, называется статистическим весом или термодинамической вероятностью макросостояния Ω. Энтропия системы пропорциональна Ω:

Энтропия изолированной системы при протекании необратимого процесса возрастает, стремясь к максимуму. Действительно, изолированная система переходит из менее вероятных в более вероятные состояния, что сопровождается ростом Ω и S. Это максимальное значение достигается системой, когда она переходит в состояние термодинамического равновесия:

Это утверждение одна из формулировок второго начала термодинамики. Изменение энтропии в обратимом процессе равно

Устройство экспериментальной установки и методика измерений

Схема экспериментальной установки изображена на рисунке 10.1. Установка состоит из стеклянного баллона 1, в который накачивается воздух ручным насосом (на рис. 10.1 не показан) до некоторого давления. Накачивание воздуха в баллон производится при закрытом кране 3.

Подставим правую часть (10.16) в уравнение (10.15) и найдем изменение энтропии при изохорическом процессе

1.Закройте кран, накачайте в сосуд воздух (состояние 1) до разности уровней жидкости в коленях манометра 15-20 см и быстро отсчитайте по нижнему краю мениска получившуюся разность уровней h1. Результат занесите в таблицу.

2.Далее начнется изохорическое охлаждение воздуха (1-2 минуты)

вбаллоне до комнатной температуры за счет теплообмена с окружающей средой. Когда разность уровней в жидкости установится и перестанет

смещаться (состояние 2), отсчитайте получившуюся разность уровней h2. Результат занесите в таблицу.

3.Открыв кран, соедините баллон с атмосферой (начинается процесс адиабатического расширение газа с понижением его температуры), и как только уровни жидкости в манометре выровняются (состояние 3), тут же закройте кран обратно. При этом разность уровня

h3=0.

4.Далее начнется изохорическое нагревание (1-2 минуты) воздуха

вбаллоне до комнатной температуры. Когда разность уровней в жидкости установится и перестанет смещаться (состояние 4), отсчитайте получившуюся разность уровней h4. Результат занесите в таблицу.

5.Повторите проделанный эксперимент 7-8 раз.

6.Запишите значения атмосферного давления (данные снимать по

Т а б л и ц а – Результаты измерений и вычислений

Изохорическое охлаждение

Sохл i

Изохорическое нагревание

Sнагр i

формулы для определения изменения энтропии при изохорическом охлаждении:

По полученным формулам рассчитайте для каждого опыта изменение энтропии и данные занесите в таблицу.