Т е о р и я м е т о д а. Ц е л ь р а б о т ы: овладение метод определения удельной теплоты фазового перехода и методом расчета изменения энтропии при фазовых переходах первого рода

ИЗУЧЕНИЕ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ПЕРВОГО РОДА

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 17

Ц е л ь р а б о т ы: овладение метод определения удельной теплоты фазового перехода и методом расчета изменения энтропии при фазовых переходах первого рода.

П р и б о р ы: экспериментальная установка

Фазовым превращением (или переходом) называется процесс, в результате которого свойства тела меняются скачком. При фазовом превращении первого рода скачком изменяются плотность, внутренняя энергия, энтропия тела. При этом выделяется или поглощается энергия, называемая теплотой фазового перехода. Примером фазовых превращений могут служить изменения агрегатного состояния вещества, в частности, плавление – переход твердого (кристаллического) состояния в жидкое, и обратный переход – затвердевание (кристаллизация). При заданном давлении фазовое превращение первого рода происходит при строго определенной температуре.

Одним из возможных способов измерения температуры и теплоты плавления является получение экспериментальной диаграммы плавления (или отвердевания), т.е. графика зависимости температуры расплавляемого образца от времени при неизменных внешних условиях. С этой целью тигель с исследуемым веществом помещают в печь и нагревая его измеряют через определенные промежутки времени температуру вещества в тигле.

На рисунке 1 изображена примерная диаграмма нагревания и плавления кристаллического вещества. Участок ab на этой диаграмме характеризует нагревание образца до температуры плавления; участок bc соответствует плавлению.

При постоянной мощности нагревателя печи количество теплоты, передаваемой веществу, зависит от теплопотерь печи в окружающую среду. Теплопотери пропорциональны разности температур печи и окружающей среды. Поэтому тепловая мощность, подводимая к тиглю с образцом может считаться постоянной вблизи точки плавления (точка b в диаграмме) На горизонтальном участке вся подводимая к системе тепловая мощность идет на плавление образца:

N ×Dt = l × m (1)

Здесь Dt = t_с - t_b– время плавления;

l - удельная теплота плавления материала образца.

Тепловая мощность на возрастающей части диаграммы равна изменению внутренней энергии тигля с образцом за единицу времени:

N = (mc +m₁ c₁) (2)

где m – масса образца; с – удельная теплоемкость образца;

m_i – масса тигля; с_i – удельная теплоемкость тигля;

- скорость изменения температуры при нагревании образца.

Из формулы (1) найдем удельную теплоту плавления образца:

l = (3)

Если рассматривать процесс нагревания и плавления вещества как обратимый квазиравновесный процесс, то изменение энтропии образца при этом можно определить по формуле:

DS = (4)

где T_a – начальная (комнатная) температура; Т_пл – температура плавления образца.

Дата добавления: 2014-01-04