Визначення зміни ентропії в реальних системах

Мета роботи – визначення зміни ентропії декількох тіл з різними теплоємностями методом зрівняння температури системи тіл.

Процес вирівнювання температури системи тіл залежить від їх розмірів та кількости та розподілу температур в усьому об’ємі змішуваних тіл. У реальному нерівноважному процесі швидкість зрівнювання температур тіл, що стикаються, обчислена на одиницю об’єму, залежить від їх теплоємности.

Якщо в калориметр, який містить деяку кількість води при фіксованій температурі, занурити тіло, нагріте до більш високої температури, відбудеться теплообмін, по закінченні якого встановиться загальна температура. Якщо ми повторимо дослід з тими ж вихідними даними, зменшивши теплоємність зануреного тіла, то одержимо процес, більш близький до оборотного. Ступінь його оборотності в ізольованій системі можна встановити, визначивши зміну ентропії.

В такому процесі для твердого тіла та рідини роботою розширення можна знехтувати, тому

c_p = c_v = c,

де с - питома теплоємність тіла.

Зміну ентропії при переході з першого стану до другого можна виразити так:

.

Зважаючи на те, що ентропія системи – є аддитивною величиною, для системи тіл

,

де DS - зміна ентропії системи тіл; DS_i - зміна ентропії для одного тіла; n - кількість тіл, що складають систему.

До складу системи (рис.22.1) входять такі тіла: досліджуване тіло масою m_T. з питомою теплоємністю c_T та початковою температурою T₁ (температура пари киплячої води за шкалою Кельвіна); калориметрична склянка масою m_K з питомою теплоємністю c_K та початковою температурою T_o, вода у калориметрі масою m_b і питомою теплоємністю c_b з початковою температурою T_o;.До цієї ж системи входить мішалка масою m_M з питомою теплоємністю c_M і початковою температурою T_o.

Після закінчення процесу теплообміну в означеній системі встановиться кінцева температура Т.

При вирівнюванні температури ентропія кожного з тіл змінюється таким чином:

(тіло); (калориметр);

(мішалка); (вода).

Звідси знайдемо зміну ентропії всієї системи:

. (22.1)

Обладнання: калориметр з мішалкою; нагрівач; термометр; водомірна склянка; технічні терези; різноваги; набір досліджуваних тіл (алюмінієві, мідні, стальні).