ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Лабораторная работа 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИРАЩЕНИЯ ЭНТРОПИИ
ПРИ НАГРЕВАНИИ И ПЛАВЛЕНИИ ОЛОВА
Цель работы: получение диаграммы нагревания и охлаждения олова, определение температуры плавления и прира-
щение энтропии олова.
Приборы и принадлежности: кварцевый тигель с оловом, термопара, вольтметр В7-32, стабилизированный источ-
ник тока ТЕС-13, градуировочная кривая термопары, секундомер.
Общие сведения
Переход кристаллического твёрдого тела в жидкое (плавление) и обратно (кристаллизация) относятся к фазовым
превращениям первого рода, при которых скачком изменяется плотность, внутренняя энергия, энтропия тела. При этом
поглощается (при плавлении) или выделяется (при кристаллизации) энергия, называемая теплотой плавления (кристалли-
зации). Если давление не меняется, то температура тела во время фазового перехода остаётся постоянной. Энтропией
системы называется однозначная функция состояния, приращение которой равно количеству тепла, подводимому к сис-
теме обратимо, делённому на абсолютную температуру, при которой это тепло подводится
T
dQ
dS =
.Энтропия характе-
ризует степень беспорядочности теплового движения частиц в системе.
Олово, как известно, имеет кристаллическую структуру и характеризуется упорядоченным пространственным рас-
положением частиц на большом расстоянии, т.е. в расположении атомов олова реализуется дальний порядок. Идеализи-
рованная кривая нагревания и плавления олова имеет вид, изображенный на рис. 5.1 слева.
Рис. 5.1
Участок 1–2 графика соответствует нагреванию олова до температуры плавления T
пл
. С повышением температуры
увеличивается интенсивность теплового хаотического движения атомов и амплитуда их колебаний. При дальнейшем на-
гревании начинается процесс плавления, в течение которого температура олова остаётся неизменной (участок 2–3). При Т
= T
пл
амплитуда колебаний атомов становится настолько большой, что начинается разрушение кристаллической решётки,
на что расходуется вся подводимая извне теплота. Увеличивается хаотичность в расположении атомов, исчезает дальний
порядок, энтропия системы резко возрастает. Изменение энтропии ∆S при нагревании и плавлении олова складывается из
изменения энтропии ∆S
1
при нагревании от начальной температуры Т
н
до температуры плавления T
пл
и изменения энтро-
пии ∆S
2
при плавлении олова:
∆S = ∆S
1
+ ∆S
2
,
где
∫∫
===∆
пл
н
пл
н
н
пл
1
ln
T
T
T
T
T
T
cm
T
cmdT
T
dQ
S
;
пл
3
2
2
T
m
T
dQ
S
λ
==∆
∫
.
Окончательно получаем:
плн
пл
ln
T
m
T
T
cmS
λ
+=∆
,
где m – масса олова; с – удельная теплоёмкость олова; λ – удельная теплота плавления олова.
В аморфных телах, к которым относятся парафин, воск, полистирол и др., реализуется ближний порядок во взаим-
ном расположении атомов. Это означает, что упорядоченное расположение частиц по отношению к любой выбранной
частице наблюдается только в пределах малого объёма. Кривая нагревания, например полистирола (рис. 5.1 справа), от-
личается от кривой нагревания олова. Для аморфных тел нет определённой температуры перехода в жидкое состояние,
можно указать лишь интервал температур, в пределах которого происходит размягчение тела.
Для измерения температуры олова в данной работе используется термопара (хромель-алюмель). Действие термопа-
ры основано на том, что в спае двух разнородных проводников возникает контактная термоэлектродвижущая сила, при-
мерно пропорциональная температуре спая. Так называемый «горячий» спай приводят в контакт с испытуемым телом, а
роль «холодных» спаев выполняют контакты термопары с клеммами вольтметра, которые имеют комнатную температуру
(~25 °). Градуировка термопары приведена в виде графика.
t
Т
t
Т
1
2
3
4
