Методика выполнения работы. В данной лабораторной работе определяется приращение энтропии при фазовом переходе первого рода

В данной лабораторной работе определяется приращение энтропии при фазовом переходе первого рода.

Фазой называется термодинамическое равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других состояний. Фазовый переход всегда связан с качественными изменениями свойств вещества.

Фазовый переход первого рода (например, испарение, конденсация, плавение и кристаллизация) - фазовое превращение, сопровождающееся поглощением или выделением теплоты (теплоты фазового перехода) и изменением удельного объема и энтропии; температура перехода остается постоянной.

В подобных переходах - из более упорядоченного кристаллического состояния в менее упорядоченное жидкое состояние - степень беспорядка увеличивается, т.е. энтропия системы возрастает. На рис.6.2 показано изменение температуры при плавлении кристаллического тела. По оси абсцисс отложено время τ, пропорциональное равномерно подводимому к телу количеству теплоты.

Рис. 6.2. Кривая нагревания кристалла

1 - твердая фаза (кристалл);

2 - твердое тело + жидкость;

3 - жидкая фаза;

4 - подготовка к плавлению;

5 - "доразрушение" структуры твердой
фазы

Если твердое тело нагревать, то его внутренняя энергия (которая складывается из энергии колебаний частиц в узлах кристаллической решетки и энергии взаимодействия этих частиц) возрастает.

При повышении температуры амплитуда колебаний частиц увеличивается до тех пор, пока кристаллическая решетка не разрушится (твердое тело плавится). По мере сообщения твердому телу теплоты δQ = c m dT его температура повышается от Т_с до Т_п, а при температуре плавления Т_п начинается переход тела из твердого состояния в жидкое.

Температура Т_п остается постоянной до тех пор, пока весь кристалл не расплавится, затем температура вновь повышается. В процессе плавления теплота Q₂ =λm, сообщенная веществу, идет на совершение работы по разрушению кристаллической решетки, поэтому Т_п = сопst до расплавления всего кристалла. Затем подводимая теплота пойдет на увеличение энергии частиц жидкости.

Количество теплоты λ, необходимые для расплавления единицы массы вещества, называется удельной теплотой плавления. Если жидкость охлаждать, то сначала температура жидкости понижается, затем при постоянной температуре, равной Тп, начинается кристаллизация.

Кристаллизация - это фазовый переход, происходящий с выделением скрытой теплоты кристаллизации Q₂ = λm, где λ - удельная теплота кристаллизации, равная удельной теплоте плавления.

Выделение скрытой теплоты ведет к нагреванию расплава, уменьшению переохлаждения и замедлению кристаллизации, поэтому время кристаллизации больше времени плавления.

Изменение энтропии при нагревании и плавлении олова определяется как сумма изменений энтропии при нагревании до температуры плавления и при плавлении олова

или

, (6.1)

где δQ₁ и δQ₂ - бесконечно малое количество теплоты при нагревании и плавлении, T_c - комнатная температура, T_n - температура плавления олова, с - удельная теплоемкость, λ - удельная теплота плавления, m -- масса олова.

Дата добавления: 2015-07-02