一根内径均匀,一端封闭,另一端开口的直玻璃管,长l=100cm,用一段长h=25cm的水银柱将一部分空气封在管内,将其开

1个回答

  • 选取封闭气体为研究对象,在温度升高过程中,可分成两个过程研究.

    (1)第一过程:从气体开始升温到水银升到管口,此时气体温度为T,管的横截面积为S,此过程为等压过程,根据盖•吕萨定律有:

    l 0 S

    T 0 =

    l′S

    T

    整理得:T=

    l′

    T 0

    其中:T 0=t 0+273=250K

    l′=75cm

    l 0=62.5cm.

    代入数据解得:T=300(K)

    t=T-273=27℃

    (2)第二过程,温度达到300K时,若继续升温,水银开始溢出,设当温度升高到T′时,因水银溢出使水银减短了x,此过程气体的三个状态参量p、V、T均发生了变化.

    p 1=p 0+h=75+25=100(cmHg)

    V 1=l′s=75S

    T 1=300K

    p 2=(p 0+h-x)=(100-x)cmHg

    V 2=(75+x)S

    求T 2

    根据状态方程:

    P 1 V 1

    T 1 =

    P 2 V 2

    T 2

    得:

    100×75S

    300 =

    (100-x)(75+x)

    T 2

    整理得:T 2=-

    1

    25 x 2+x+300

    根据数学知识得当x=12.5m时T 2取得最大值,且最大值T 2max=306.25K即当管内气体温度升高到T 2max=33.25℃时,管内气柱长为87.5cm.

    答:(1)温度升高到27℃时,水银面恰能升到管口.

    (2)气体温度升高到T 2max=33.25℃时,管内气柱长为87.5cm.

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