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.