ID: 00002700
В комнате находится открытая сверху U-образная трубка, в которую налита ртуть (рис. а). Левое колено трубки плотно закрывают пробкой (рис. б), после чего температура в комнате уменьшается. Что произойдет с уровнями ртути в коленах трубки? Атмосферное давление считать неизменным. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.
Источник: ФИПИ
U-образная трубка с ртутью, левое колено закрыто пробкой, температура в комнате уменьшается, атмосферное давление постоянно.
что произойдёт с уровнями ртути?
Изначально давление воздуха в левом закрытом колене равно атмосферному:
$$p_{\text{л}} = p_{\text{атм}}$$
При понижении температуры по закону Шарля для замкнутого объёма газа:
$$\frac{p_1}{T_1} = \frac{p_2}{T_2}, \quad T_2 \lt T_1 \implies p_2 \lt p_1$$
Давление воздуха в левом колене уменьшается:
$$p_{\text{л}} \lt p_{\text{атм}}$$
Правое колено открыто, давление на поверхность ртути равно атмосферному. Так как $p_{\text{атм}} \gt p_{\text{л}}$, ртуть в левом колене поднимается на $\Delta h$, а в правом — опускается. Равновесие на уровне раздела:
$$p_{\text{л}} + \rho g \Delta h = p_{\text{атм}}$$
уровень ртути в закрытом колене трубки повысится, а в открытом понизится