Задание №19 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для решения данной задачи проанализируем состояние газа в колбе и принцип работы жидкостного манометра.

1) Анализ начального состояния (рис. 1): На первом рисунке уровни жидкости в обоих коленах U-образного манометра находятся на одной горизонтальной линии. Это означает, что давление газа в колбе $p_{1}$ равно атмосферному давлению $p_{атм}$, так как правое колено манометра открыто в атмосферу. В этот момент температура газа в колбе равна температуре окружающей среды $T_{ср}$.

2) Анализ конечного состояния (рис. 2): После того как колбу опустили в сосуд с водой, уровень жидкости в левом колене манометра (соединённом с колбой) опустился, а в правом колене — поднялся. Это свидетельствует о том, что давление газа в колбе $p_{2}$ стало больше атмосферного давления $p_{атм}$. Разность давлений уравновешивается избыточным давлением столба жидкости высотой $h$: $p_{2} = p_{атм} + \rho gh$.

3) Связь давления и температуры: Поскольку объём колбы практически не изменяется ($V \approx const$), мы можем рассматривать процесс как изохорный. Согласно закону Шарля (или исходя из молекулярно-кинетической теории), при постоянном объёме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре: $p \sim T$. Так как давление газа в колбе увеличилось ($p_{2} > p_{1}$), значит, увеличилась и его температура.

4) Вывод: Газ в колбе нагрелся в результате теплообмена с водой в сосуде. Следовательно, температура воды в сосуде выше, чем начальная температура газа (которая была равна температуре окружающей среды).

Ответ: Температура воды в сосуде выше температуры окружающей среды.

Источник: ФИПИ