Задание №19 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для ответа на вопрос проанализируем физические процессы, происходящие в системе, по шагам:

1. Анализ показаний манометра:
На рисунке 1 уровни жидкости в обоих коленах U-образного манометра находятся на одной горизонтальной линии. Это означает, что давление газа в колбе равно атмосферному давлению.
На рисунке 2, после того как колбу опустили в сосуд с водой, уровень жидкости в правом (открытом) колене манометра стал выше, чем в левом (соединенном с колбой). Это свидетельствует о том, что давление газа в колбе увеличилось и стало больше атмосферного.

2. Связь давления и температуры:
Объем колбы является постоянным ($V = \text{const}$). Согласно закону Шарля для постоянной массы газа, при неизменном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($P \sim T$). Так как давление газа в колбе увеличилось, следовательно, увеличилась и его температура. Это произошло в результате теплообмена между газом в колбе и более теплой водой в сосуде.

3. Изменение внутренней энергии:
Внутренняя энергия идеального газа ($U$) зависит только от его абсолютной температуры ($T$). Формула внутренней энергии: $U = \frac{i}{2} \cdot \frac{m}{M} R T$, где $i$ — число степеней свободы молекул, $m$ — масса газа, $M$ — молярная масса, $R$ — универсальная газовая постоянная.
Так как температура газа $T$ увеличилась, то и внутренняя энергия газа $U$ также увеличилась.

Вывод: Внутренняя энергия газа увеличилась, так как увеличилась его температура, о чем свидетельствует рост давления газа в колбе при неизменном объеме.

Ответ: Внутренняя энергия газа увеличилась.

Источник: ФИПИ