Кристаллизация – процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое. Процесс кристаллизации связан с выделением количества теплоты, равного теплоте плавления. Для химически чистых веществ, процесс кристаллизации протекает при постоянной температуре, равной температуре плавления.
Применим закон сохранения энергии к квазистатическому процессу охлаждения твердого олова после кристаллизации:
(1)
Здесь <0 – количество теплоты, отданное телом среде при его охлаждении за время ; >0 – количество теплоты, полученное окружающей средой через поверхность ампулы площадью за время . В (1) с0, са – удельные теплоемкости олова и материалы ампулы, М0, Ма – массы олова и ампулы; Т – температура твердого олова; Тср – температура окружающей среды; α – коэффициент теплоотдачи с поверхности ампулы в окружающую среду. В дальнейшем считаем, что значение α в течение всего опыта постоянно.
Применяя закон сохранения энергии к процессу кристаллизации олова, можно получить уравнение
(2)
Здесь Q = λкрМ0 – количество теплоты, отданное оловом при его кристаллизации за время кристаллизации . Так как тепло отдано окружающей среде, то Q < 0. Второй член суммы в (2): - количество теплоты, полученное окружающей средой через поверхность ампулы за время кристаллизации.
Из соотношений (1) и (2) следует
(3)
В принятой модели процесс охлаждения твердого олова от точки полной кристаллизации описывается уравнением (1). Решение этого уравнения имеет вид
, (4)
где θ = Т – Тср; θкр = Ткр- Тср; .
Коэффициент m называют темпом охлаждения. Он характеризует относительную скорость изменения температуры тела. Темп охлаждения можно определить из линейной зависимости, полученной логарифмированием функции (4):
(5)
Следовательно: (6)
Энтропия – функция состояния термодинамической системы. Изменение энтропии в равновесном процессе равно отношению количества теплоты, сообщенного системе, к термодинамической температуре системы:
(7)
Энтропия определяется с точностью до постоянной. Разность энтропий в двух состояниях при обратимом процессе равна
(8)
Здесь δQ – элементарное количество теплоты, полученное или отданное при бесконечно малом изменении параметров термодинамической системы; Т – температура. В процессе кристаллизации олово отдает тепло окружающей среде при Т = соnst. При этом количество теплоты, отданное окружающей среде
Q = λкрМ0 (9)
Здесь М0 – масса олова. Так как Q – количество теплоты, отданное окружающей среде, то Q < 0.
Из (8) и (9) следует, что
(10)
Следовательно, для определения необходимо измерить температуру кристаллизации Ткр, время кристаллизации, Δτк а также вычислить производную функции Т = во время охлаждения твердого олова после полной кристаллизации. Эти величины можно найти, измеряя температуру олова в процессе охлаждения от полного расплава до температуры остывшего олова Т0 в конце опыта.
Реальный процесс охлаждения сопровождается явлениями, вносящими погрешность в определение λкр. Главными источниками погрешности являются
- отклонение процесса охлаждения от квазистатического;
- изменения температуры окружающей среды.
Эти процессы приводят к методической погрешности определения λкр, не превышающей 10%.
нейтральный кроссворд по физике.
По горизонтали
2. Его используют для выполнения механической работы
6. Энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел
7. Одна и основных наук о природе
8. Физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело
10. Основная единица работы и энергии
11. Самый простой и распространённый механизм
По вертикали
1. Энергия, которой обладает тело вследствии своего движения
3. Величина, характеризующая быстроту выполнения работы
4. Он бывает подвижным и неподвижным
5. Основная единица мощности
9. Она бывает полезной или затраченной