题目内容
【题目】如图所示,竖直放置的汽缸内有一定质量的理想气体,活塞横截面积为S=0.10m2,活塞的质量忽略不计,气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通。开始活塞被锁定,汽缸内封闭了一段高为80cm的气柱(U形管内的气体体积不计),此时缸内气体温度为27℃,U形管内水银面高度差h1=15cm。已知大气压强p0=75cmHg。
(1)让汽缸缓慢降温,直至U形管内两边水银面相平,求这时封闭气体的温度;
(2)接着解除对活塞的锁定,活塞可在汽缸内无摩擦滑动,同时对汽缸缓慢加热,直至汽缸内封闭的气柱高度达到96cm,求整个过程中气体与外界交换的热量(p0=75cmHg=1.0×105Pa)。
【答案】(1)-23℃(2)吸收热量。
【解析】
(1)对气缸内的气体,初始状态:p1=p0+h1=75+15=90cmHg;V1=HS=0.8S;T1=273+27=300K
末态:p2=p0=75cmHg;V2=HS=0.8S;T2=?
由可得:
解得
T2=250K=-23℃
(2)解除对活塞的锁定后,气体内部压强变为p0,气体吸收热量对外做功,最终气体温度与外界温度相同,即气体内能不变;当汽缸内封闭的气柱高度达到96cm时,对外做功
由热力学第一定律可知,整个过程中气体吸收热量。
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