熱力学の問題です。相変化を伴うエントロピーの変化を問う問題(画像)解き方を教えてください。正答は1.

熱力学の問題です。相変化を伴うエントロピーの変化を問う問題(画像)解き方を教えてください。正答は1.になります。教科書にのってるエントロピーの変化ΔS = nCv(dT/T) ＋nR(dV/V) を使おうとしたのですが、相変化による潜熱の効果をどうやって数式に考慮したらいいのかわかりません。

No.1 回答者： rnakamra 回答日時： 2018/06/07 00:48

エントロピーの計算をする場合は可逆変化だけで変化させて出入りの熱量と温度の変化を考える必要があります。

相変化を伴う場合、可逆変化で相変化させることを考えなければならない。それは二つの相が平衡する条件で相変化させればよい。
つまり、融点に温度を固定して相変化させる必要がある。

過冷却状態の液体を同じ温度の固体に可逆過程で変化させるには
1.過冷却状態から融点まで液体の温度を上げる。
2.温度を融点に保ったまま熱を奪い凝固させる。
3.完全に固体になってから温度を元の状態になるまで下げる。
この経路でのエントロピー変化を考えればよい。
潜熱は2.の過程に関係するが、2の過程では温度変化がないのでエントロピーの変化は吸収する熱量を絶対温度で割ればよいだけである。

なお、質問者の示している式は理想気体のエントロピー変化を求める式であるが、液体・固体を取り扱うこの問題では当然ながら適用できない。