Лабораторний практикум з фізики. Частина 3 (ядерна фізика, статистична фізика і термодинаміка, фізика твердого тіла)

 

Критична температура Тк – це температура, вище якої речовина ніяким чином не може бути переведена з газоподібного стану в рідкий.

Критичний тиск pк – це найбільший тиск насиченої пари даної рідини.

Критичний об'єм vk – це найбільший об'єм, який може займати дана кількість рідини.

Критичні параметри речовини можна виразить через поправки а і b. Для цього рівняння (4) слід привести до нормального стану і записати в порядку зменшення ступенів об'єму:

Рівнянню (5) на рис. 7. 5. 1 відповідає крива ABgfCD (на якій одному значенню р відповідають три значення об'єму V1, V2, V3). Ця крива відрізняється від ізотерми Ендрюса АВСD тільки тим, що замість прямої ділянки ВС є хвилеподібна BgfC. Ділянці Сf відповідає стан перегрітої рідини, а ділянці СD – стан перенасиченої пари, ділянці Bg відповідає cтан, який в природі не спостерігається (із збільшенням об'єму зростає тиск). В цьому і є головна причина наближеного характеру рівняння Ван-дер-Ваальса. Рівняння (5) виразимо через критичні параметри:

  

 

В даній роботі пропонується провести спостереження за проходженням ефіру через критичний стан і знайти середнє значення температур зникнення та появи меніску. Це середнє значення можна вважати критичною температурою. Схема експериментальної установки зображена на рис. 7. 5. 2

Запаяна скляна ампула 4 з ефіром розміщена всередині сушильної шафи 3, напруга, що подається на нагрівник 5, може змінюватись за допомогою автотрансформатора 6. Температура ефіру вимірюється термометром 2, який підсвічується лампочкою 1.

 

 

1. Перевірити технічний стан установки, увімкнувши лампочку освітлення.

2. При нульовому положенні ручки автотрансформатора ввімкнути його в електричну мережу. Поворотом ручки подати на спіраль нагрівника напругу і підібрати таке її значення, при якому швидкість нагрівання складає близько 50°С за хвилину.

3. Починаючи з температури 150°С безперервно спостерігають за положенням і виглядом меніска в ампулі. Визначивши температуру зникнення меніска Тк1, встановлюють регулятор автотрансформатора на нуль і спостерігають за явищами в ампулі.

4. Визначають температуру Тк2 появи меніска в ампулі при її охолодженні.

Увага! Після ввімкнення нагрівника з метою безпеки не дозволяється відкривати дверцята шафи. Тиск ефіру в ампулі при нагріванні зростає і в критичному стані досягає 35, 5 атм.

Обробка результатів експерименту

1. За одержаними значеннями температур зникнення меніска і його появи їй визначають значення критичної температури ефіру.

2. Знаючи критичну температуру ефіру Тк і критичний тиск рк=35, 5 атм за формулами (10) розраховують поправки Ван-дер-Ваальса для ефіру.

3. Одержані результати зіставити з табличними значеннями і зробити висновок по роботі.

 

1. Реальні гази. Рівняння Ван-дер-Ваальса та його аналіз.

2. Ізотерми Ендрюса.

3. Критичний стан речовини та його термодинамічні параметри.

4. Зв'язок поправок Ван-дер-Ваальса з критичними параметрами.

  

 

Мета роботи: визначити приріст ентропії при фазовому переході першого роду на прикладі плавлення свинцю.

Прилади і матеріали: нагрівальна піч, термопара; електронний потенціометр.

 

 

Стан термодинамічної системи може бути описаний, коли відомо будь-яку пару із трьох параметрів: об'єм V, абсолютна температура Т, тиск р.

Крім цього його можна однозначно задати за допомогою внутрішньої енергії U. В багатьох випадках характеризують стан термодинамічної системи за допомогою поняття ентропії.

З точки зору термодинаміки ентропія системи – функція її стану, яка визначається з точністю до довільної константи. Різниця ентропії двох рівноважних станів 2 і 1 за означенням дорівнює зведеній кількості теплоти, яку необхідно надати системі, щоб перевести її із стану 1 в стан 2 довільним шляхом (рис. 7. 6. 1).

 

 

Якщо задається стан кожної молекули системи, то сукупність цих станів називається мікростаном системи. Всякому макростанові відповідає певний мікростан тіла. Розглянемо, наприклад, розподіл молекул між двома половинами посудини, в якій знаходиться газ. Характеризувати стан газу будемо кількістю молекул, що знаходяться в лівій половині посудини.

Стан окремої молекули будемо, наприклад, визначати тим, в якій половині вона знаходиться. Нехай повне число молекул дорівнює чотирьом. Стан, при якому в лівій частині знаходиться одна молекула, а в правій – три, є мікростаном (рис. 7. 6. 2). Котрому відповідають чотири мікростани (рис. 7. 6. 3). Кількість різних мікростанів, які відповідають певному макростанові, називають статистичною (термодинамічною) вагою, або термодинамічною імовірністю. У наведеному прикладі термодинамічна імовірність макростану дорівнює чотирьом. Як стверджують розрахунки, термодинамічна імовірність пропорційна імовірності звичайного макростану і максимальна для рівноважного стану системи.

Для прикладу, що розглядається, це відповідає стану, при якому в лівій і правій частинах посудини перебуває однакове число молекул.

Стан, який здійснюється відносно малою кількістю способів, називається впорядкованим, а той, що здійснюється відносно великою кількістю способів, – невпорядкованим.

 

 

перший стан; другий стан;