题目内容

如图所示,固定的绝热气缸内有一质量为m的“T”型绝热活塞(体积可忽略),距气缸底部h0处连接一U形管(管内气体的体积忽略不计).初始时,封闭气体温度为T0,活塞距离气缸底部为1.5h0,两边水银柱存在高度差.已知水银的密度为ρ,大气压强为p0,气缸横截面积为s,活塞竖直部分长为1.2h0,重力加速度为g.试问:
(1)初始时,水银柱两液面高度差多大?
(2)缓慢降低气体温度,两水银面相平时温度是多少?
(1)被封闭气体压强P=P0+
mg
s
=P0+ρgh
初始时,液面高度差为h=
m
ρs

(2)降低温度直至液面相平的过程中,气体先等压变化,后等容变化.
初状态:P1=P0+
mg
s
,V1=1.5h0s,T1=T0
末状态:P2=P0,V2=1.2h0s,T2=?
根据理想气体状态方程
P1V1
T1
=
P2V2
T2

代入数据,得T2=
4P0T0s
5P0s+5mg

答:(1)初始时,水银柱两液面高度差为
m
ρs

(2)缓慢降低气体温度,两水银面相平时温度是
4P0T0s
5P0s+5mg
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