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 $P_{атм}$, действующему на открытое колено манометра. В этот момент температура газа в колбе равна температуре окружающей среды $T_{возд}$.

2) Анализ конечного состояния (рис. 2):
После того как колбу опустили в сосуд с водой, уровень жидкости в колене, соединенном с колбой, опустился, а в открытом колене — поднялся. Это свидетельствует о том, что давление газа в колбе $P_{2}$ стало больше атмосферного давления ($P_{2} > P_{атм}$). Избыточное давление газа уравновешивается весом столба жидкости высотой $h$: $P_{2} = P_{атм} + \rho gh$.

3) Связь давления и температуры:
Объем колбы является постоянным ($V = const$). Согласно закону Шарля (или исходя из молекулярно-кинетической теории), при постоянном объеме 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 ($T_{2} > T_{1}$).

4) Вывод:
Газ в колбе нагрелся в результате теплообмена с водой в сосуде. Следовательно, температура воды выше температуры окружающей среды.

Ответ: Температура воды выше температуры окружающей среды.

Источник: ФИПИ