Определение температуры плавления и теплоты кристаллизации олова

3.3.1. Опустите ампулу с оловом в печь, для чего отверните на пол-оборота винт 1 (рис. 7.2) и опустите ползун вниз по штанге до упора.

3.3.2. Соедините проводами гнезда 2 (рис. 7.2) модуля стенда и гнезда «*» и «U» мультиметра измерительного стенда, затем нажмите третью снизу кнопку левого вертикального ряда кнопок мультиметра 3, все остальные кнопки должны быть отжаты.

3.3.3. Подсоедините к питающей сети 220 В вилки обоих стендов и включите оба стенда с помощью тумблеров «вкл», «сеть» на лицевых панелях, а милливольтметр с помощью движка 4, находящегося с правой стороны его панели сдвинуть вниз. Процесс нагревания и плавления олова занимает около 8 минут.

3.3.4. Проследите по показаниям милливольтметра в течение нескольких минут за тем, чтобы олово, находящееся в ампуле, расплавилось. Так как процесс плавления олова происходит при постоянной температуре, то при этом показания милливольтметра практически не изменяются. Окончание процесса плавления можно определить как момент времени, после которого показания милливольтметра начинают возрастать.

3.3.5. Через 1,5 минуты после окончания процесса плавления отключите электрическую печь тумблером «вкл» на модуле I и поднимите ампулу с оловом из печи. Для этого отверните на полоборота винт 1 и поднимите ползун по штанге вверх до упора, после этого закрутите винт 1.

3.3.6. Включите секундомер и через каждые 15 секунд снимите показания милливольтметра U, пропорциональные разности температур олова и окружающей среды :

, (7.5)

где k = 5,43 × 10^–5В/К для термопары хромель – копель.

3.3.7. Измерения продолжайте до тех пор, пока не будут пройдены три области процесса охлаждения: область полного расплава; область кристаллизации; область охлаждения твердого олова. Время опыта около 10 минут. Результаты занесите в таблицу.

Таблица

Результаты определения температуры плавления

№ опыта	U, мВ	, К	Т, К	t, с	Т пл, К	l, Дж/кг	D S, Дж/К
...

3.3.9. По данным таблицы постройте диаграмму затвердевания олова , которая качественно показана на рис. 7.3. Из диаграммы определите температуру плавления олова Т _пл, время фазового перехода t _ф.п. и скорость изменения температуры системы , воспользовавшись участком III (полного расплава) диаграммы по формуле (7.3) вычислить удельную теплоту плавления олова l и изменение энтропии в процессе кристаллизации. Параметры установки: m = 78 г, m ₁ = 50 г, с = 230 Дж/(кг×К), с ₁ = 1503 Дж/кг×К. Сделайте выводы.

VIII. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

8.1. При каких условиях возникают явления переноса? Сформулируйте основные законы их определяющие.

8.2. Как связаны между собой коэффициенты h, D, К?

8.3. Что понимают под средней длиной свободного пробега молекул?

8.4. Какая скорость входит в выражение для числа Рейнольдса? Почему? Что характеризует число Рейнольдса?

8.5. Как изменяется вязкость газов и жидкости с ростом температуры?

8.6. Что называют теплопроводностью? Каков механизм теплопроводности газов?

8.7. Что называют вектором плотности теплового потока? Сформулируйте закон Фурье.

8.8. Одинаков ли механизм вязкости жидкости и газов?

8.9. Запишите уравнения диффузии, теплопроводности, внутреннего трения.

8.10. Какова причина возникновения силы внутреннего трения?

8.11. Как выводится формула Пуазейля, определяющая объем жидкости, протекающей по трубе за единицу времени?

8.12. От каких параметров зависит коэффициент внутреннего трения (динамическая вязкость)?

8.13. Как определяется кинематическая вязкость? Каковы единицы ее измерения в СИ?

8.14. Какое течение жидкости называется ламинарным? Турбулентным?

8.15. Как влияют силы гравитации на изменение энергии потока? Каким коэффициентом проницаемости это оценивается?

8.16. Каков критерий определения характера течения жидкости?

8.17. Как определить число Рейнольдса?

8.18. В чём состоит метод определения коэффициента внутреннего трения жидкости методом Стокса?

8.19. Какие силы действуют на шарик, движущийся внутри жидкости?

8.20. От чего и как зависит сила сопротивления, действующая на шарик, движущийся в жидкости?

8.21. Какими термодинамическими параметрами характеризуется состояние термодинамической системы? Назовите виды термодинамических процессов и приведите их уравнения.

8.22. Сформулируйте первый закон термодинамики, запишите его для различных термодинамических процессов.

8.23. Как рассчитать и для идеального газа?

8.24. Приведите уравнения адиабатного процесса. Что характеризует показатель адиабаты?

8.25. В чем состоит экспериментальный метод Клемана – Дезорма для определения коэффициента Пуассона?

8.26. С чем связано несовпадение экспериментального и теоретического значений коэффициента Пуассона?

8.27. В чем заключается физический смысл первого закона термодинамики? Как записывается математически первый закон термодинамики?

8.28. В каких случаях изменение внутренней энергии системы равно внешней работе, совершенной системой?

8.29. Какая связь между работой, совершенной системой при круговом термодинамическом процессе, и количеством тепла, взятым и отданным системой?

8.30. Воздух массой m = 0,1 кг был изобарически нагрет от температуры Т ₁ = 293 К до температуры Т ₂ = 400 К. Определить полученную газом теплоту.

8.31. Каковы удельные теплоемкости C_mp и C_mV смеси газов, содержащей кислород массой m ₁ = 10 г и азот массой m ₂ = 20 г.

8.32. Как опытным путем определить температуру плавления кристаллического твердого вещества?

8.33. Что такое фаза? Какие превращения называются фазовыми переходами I и II рода? Приведите примеры.

8.34. Что такое энтропия? В чём заключается её статистический смысл?

8.35. Каков характер изменения энтропии для обратимых и необратимых процессов в закрытых и открытых системах?

8.36. Что такое теплота кристаллизации вещества?

IX. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

9.1. Детлаф, А. А. Курс физики: учеб. пособие для втузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. – 5-е изд., стереотип. – М.: Издат. центр «Академия», 2005. – 720 с.

9.2. Трофимова, Т. И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. – Изд. 12-е, испр. – М.: Издат. центр «Академия», 2006. – 560 с.

9.3. Сивухин, Д. В. Общий курс физики: учеб. пособие: для вузов: в 5 т. Т. 1. Механика. – 4-е изд., стереотип. – М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2005. – 560 с.

9.4. Сивухин, Д. В. Общий курс физики: учеб. пособие: для вузов: в 5 т. Т. 2. Термодинамика и молекулярная физика. – 5-е изд., стереотип. – М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2005. – 544 с.

Составители

Дырдин Валерий Васильевич

Елкин Иван Сергеевич

Мальшин Анатолий Александрович

Дата добавления: 2014-12-16