题目内容

如图8-2-14所示,圆柱形气缸倒置在水平粗糙地面上,气缸内被活塞封闭有一定质量的空气,气缸质量为M=10 kg,缸壁厚度不计,活塞质量m=5.0 kg,其圆面积S=50 cm2,与缸壁摩擦不计.在缸内气体温度为27 ℃时,活塞刚好与地面接触并对地面无压力.现设法使缸内气体温度升高,问当缸内气体温度升高到多少摄氏度时,气缸对地面恰好无压力?(大气压强p0=105 Pa,g取10 m/s2)

图8-2-14

解析:根据已知条件,分别对活塞和气缸作受力分析,列平衡方程,结合查理定律进行计算.

当温度T1=273+27=300 K时,活塞对地面无压力,列平衡方程:

p1S+mg=p0S

    解得p1=p0-=105 Pa- Pa=0.9×105 Pa

    若温度升高,气体压强增大,气缸恰对地面无压力时,列平衡方程:

p2S=Mg+p0S

    解得p2=p0+=105 Pa+ Pa=1.2×105 Pa

    根据查理定律:

=

=

t=127 ℃.

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