Физические основы эксперимента

Изменение энтропии рассчитывается по формуле Клаузиуса:

(1)

где - количество тепла, - температура.

Для металлического тела, которое охлаждается в воде калориметра , где - удельная теплоемкость тела, - масса тела. Подставим это выражение в (1) и найдем изменение энтропии тела в результате теплообмена:

, (2)

где - начальная температура тела (равная температуре кипящей воды в сосуде на электроплитке, находится по таблице зависимости температуры кипения от давления), - конечная температура тела (равновесная температура в калориметре после теплообмена).

Аналогичным образом вычисляется изменение энтропии стакана калориметра с водой:

, (3)

где и - удельные теплоемкости калориметра и воды, и - массы калориметра и воды, - начальная температура калориметра и воды (комнатная).

Изменение энтропии всей системы в результате теплообмена находится сложением (2) и (3):

. (4)

Это выражение используется для экспериментального определения изменения энтропии системы тел в результате теплообмена в данной лабораторной работе.

Отметим, что так как < и > , то первое слагаемое в выражении (4) отрицательное, а второе – положительное. Тем не менее общее изменение энтропии должно быть больше нуля, так как второе начало термодинамики требует [1], чтобы в замкнутой адиабатически изолированной макросистеме (которой является калориметр) энтропия увеличивалась. Проведение лабораторного эксперимента должно подтвердить это положение.

Следует также учесть, что чем больше теплоемкость испытуемого тела (), тем больше его тепловая энергия (количество поглощенной теплоты) перед погружением в калориметр и, следовательно, тем дальше система тел от состояния равновесия в начале процесса. При этом в процессе теплообмена участвует большее количество теплоты, таким образом, будет больше общее изменение энтропии .