Порядок выполнения работы
1. Записать в таблицу результатов наблюдений значения удельных теплоемкостей
воды, материала калориметра (алюминий) и материала испытуемого тела из справочной таблицы. Удельная теплоемкость термометра равна стм = 670 Дж/кг·К.
2. Определить массу испытуемого тела и массу термометра взвешиванием на весах и записать в таблицу.
3. Определить массу пустого калориметра (алюминиевый стакан) и массу налитой в него воды взвешиванием на весах, записать в таблицу.
4. Испытуемое тело поместить в стакан с водой и включить нагреватель. После того, как вода закипит, выдержать тело в воде » 5 минут до достижения теплового равновесия и измерить температуру Т2 воды и испытуемого тела, записать в таблицу.
Вынуть термометр и охладить его до комнатной температуры.
5. Поместить калориметр с водой в полиэтиленовый стакан, что делает систему почти изолированной, т.к. уменьшает теплообмен с внешней средой посредством излучения и теплопроводности. Измерить термометром температуру воды в калориметре Т1, а следовательно, и температуру калориметра, занести ее в таблицу результатов наблюдений.
Оставить термометр в калориметре с водой и держать данную систему подальше от нагревателя.
6. С помощью пинцета быстро переместить нагретое тело из стакана с горячей водой в калориметр с водой и термометром, выждать некоторое время (» 3-5 минут) до установления теплового равновесия и измерить установившуюся в системе температуру Т0, записать в таблицу.
7. По формулам (9), (10) рассчитать изменение энтропии системы калориметр-вода-тело-термометр. Натуральные логарифмы вычислять до четвертого знака после запятой.
8. По формуле (13) рассчитать установившуюся в системе температуру Т0 и в выводах к лабораторной работе сравнить ее с измеренным в эксперименте значением Т0.
9. По указанию преподавателя опыты по пп. 1-8 провести с другими телами из различных материалов и занести их в таблицу наблюдений.
В качестве тела может быть выбрана и кипящая вода. Ее массу необходимо определить в конце опыта - после измерения установившейся температуры Т0 в системе. Для этого определить взвешиванием массу всей системы и вычесть массу калориметра с холодной водой, измеренную в п. 3, и массу полиэтиленового стакана с термометром.
Таблица
| Элементы системы | с, Дж/(кг·К) | m, 10-3 кг | T1, К | T2, К | T0, К изм. | T0, К рассчит. по ф.(13) | ΔS, Дж·К-1 |
| Калориметр | - | ||||||
| Холодная вода | - | ||||||
| Тело | |||||||
| Термометр | - | ||||||
| Σ ΔS,Дж·К-1 |
Справочная таблица
| Удельные теплоемкости веществ | ||||||
| Вещество | Вода | Алюминий | Сталь | Медь | Латунь | Бронза |
| С, Дж/(кг·К) |
Контрольные вопросы
1. Какие процессы называются обратимыми, необратимыми?
2. Запишите первое начало термодинамики и объясните его физический смысл.
3. Дайте определение энтропии. Почему энтропия является функцией состояния?
4. Энтропия обладает свойством аддитивности. Что это означает?
5. Как энтропия связана с термодинамической вероятностью (формула Больцмана)?
Что такое термодинамическая вероятность? Что такое макросостояние, микросо-
стояние?
6. Какая термодинамическая система называется замкнутой?
7. Сформулируйте второе начало термодинамики через энтропию. Как изменяется
энтропия в обратимых и необратимых процессах?
8. Выведите рабочую формулу для изменения энтропии рассматриваемой системы
калориметр-вода-тело-термометр.
9 . Можно ли исследуемую в работе систему калориметр-вода-тело-термометр счи-
тать замкнутой?
Литература
1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Академия, 2008. – 560 с. § 51, 56, 57, 58.
2. Грабовский Р.И. Курс физики. СПб.: Лань. 2005. -608 с. Ч. I, § 71, 74, 75.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2-09