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

 

 

Таким чином, за фізичним змістом ентропія є кількісною мірою ступеня молекулярного безпорядку в системі. Цей висновок дозволяє зрозуміти рівняння (2) Надання системі теплоти приводить до підсилення теплового руху молекул і, відповідно, до збільшення ступеня безпорядку в системі. Чим вища температура, а з нею і внутрішня енергія системи, тим відносно меншою виявиться частка безпорядку, обумовленого наданням системі даної кількості теплоти.

У даній роботі зміна ентропії визначається при нагріванні свинцю від кімнатної температурі до температури плавлення і при плавленні свинцю, тобто, при фазовому переході першого роду. Взагалі фазою називають макроскопічну фізично однорідну частину речовини, яка може бути віддалена від системи механічним шляхом.

Перехід речовини з однієї фази в іншу, що супроводжується виділенням або поглинанням теплоти, називається фазовим переходом першого роду. Перехід без виділення або поглинання теплоти називається фазовим переходом другого роду (наприклад, перехід речовини з однієї кристалічної модифікації в іншу).

Плавлення, будучи фазовим переходом першого роду, відбувається при сталій температурі, яка називається температурою плавлення кристалічної речовини. Температура плавлення залежить від тиску. Ця залежність виражається рівнянням Клапейрона-Клаузіуса:

 

Робоча схема установки зображена на рис. 7. 6. 5. У даній роботі температура свинцю виміряється термопарою (хромель-алюмель). Один спай термопари занурений у свинець, що розміщений у нагрівальній печі, а другий спай – термостатичний. Значення температури визначають за показаннями потенціометра КСП-4, який проградуйовано за даною термопарою.

 

 

Записати значення початкової температури за показанням кімнатного термометра.

Одночасно ввімкнути піч і секундомір.

Фіксувати значення температури через кожні 2 хв в інтервалі до 290°С та через 30 с – в інтервалі 290-335°С.

Вимкнути коло печі і продовжувати фіксувати температуру при охолодженні свинцю до температури 290°С.

Обробка результатів експерименту

Побудувати графік залежності температури свинцю від часу при нагріванні та охолодженні.

Визначивши ділянки графіка, що паралельні осі часу, знайти температуру плавлення свинцю Тпл та температуру кристалізації Ткр.

Обчислити температуру плавлення свинцю за формулою

Визначити приріст ентропії при нагріванні і плавленні свинцю за формулою (7). Маса свинцю дорівнює 0, 300 кг.

Визначити коефіцієнт корисної дії печі, якщо її потужність дорівнює 80 Вт

Оцінити основні джерела похибок у даній роботі.

 

 

1. Сформулюйте перший і другий закони термодинаміки

2. Що таке ентропія, який її фізичний зміст та статистичне трактування?

3. Фазові переходи першого і другого роду. Рівняння Клапейрона-Клаузіуса.

 

 

Мета роботи: перевірити справедливість розподілу Максвелла.

Прилади і матеріали: електронна лампа 6П9; мікроамперметр; вольтметр; блоки живлення ВУП – 2 і ВС – 24М.

 

Відповідно до основних положень молекулярно-кінетичної теорії газ складається із великого числа молекул ( 1015 частинок (см3)), які перебувають у безперервному хаотичному русі. Як показує теорія і відповідні експериментальні дослідження, розподіл молекул за швидкостями, не зважаючи на повну хаотичність їх руху і випадковий характер взаємодій, не є довільним. У стані рівноваги цей розподіл є однозначним і єдино можливим.

Максвелл ще в 1859 році показав, що число частинок dN, швидкості яких лежать в інтервалі від   до  , визначається співвідношенням:

  

 

 

З таблиці видно, що функція f (U), так само як і dN, є немонотонною функцією з максимумом при U=l, 0, де f (U) =0, 83.

В цій лабораторній роботі розподіл частинок за швидкостями вивчається на прикладі газу вільних електронів, який утворюється за рахунок термоелектронної емісії електронів з катода електронної лампи. Схема установки зображена на рис. 7. 7. 2.

Електронна хмарка утворюється в просторі між катодом К і керуючою сіткою q1, потенціал якої є сталим. Між сітками q1 і q2 за допомогою випрямляча ВС-24М створюється стримувальне поле з різницею потенціалів 3 (0 < 3< 10 В), яке вимірюється вольтметром В1. Електрони, які пролетіли це стримувальне поле, потрапляють в прискорювальне поле між анодом А і сіткою q3, яке створюється випрямлячем ВУП-2. Напруга прискорювального поля 2 підбирається таким чином, щоб в анодному полі забезпечити струм насичення. Анодний струм реєструється мікроамперметром.

 

 

На анод потрапляють лише ті електрони, які можуть виконати роботу   проти сил стримувального поля. Ця робота виконується за рахунок кінетичної енергії  , яку мають електрони при своєму русі в радіальному напрямі.

Тому анодний струм буде створюватись лише тими електронами, радіальна швидкість яких перевищує значення:

 

1. Ввімкнути джерело живлення. Прогріти установку протягом 1 хв.

2. Випрямлячем ВУП-2 створити прискорювальну напругу  , яка відповідала б струму насичення ( ).

3. На потенціометр R від випрямляча ВС-24М подати напругу 10... 15В.

4.