Термодинамика (нет… — Задание ЕГЭ по физике №00017034

Идея

В закрытом колене над ртутью оказывается запертая порция воздуха — это маленький «баллон с газом». Его поведение опишем газовыми законами, а равновесие столбов ртути — гидростатикой (давления на одном уровне в сообщающихся сосудах равны).

Шаг 1. Что было сразу после закрывания

В момент закрывания пробкой под ней оказывается воздух при атмосферном давлении, и уровни ртути в коленах одинаковы — давления над ртутью с обеих сторон равны $p_{атм}$ (условие равновесия жидкости в сообщающихся сосудах).

Шаг 2. Нагрев запертого воздуха

Температура в комнате растёт. Открытое колено сообщается с атмосферой, там давление остаётся $p_{атм}$. А запертый в левом колене воздух нагревается. Сначала его давление растёт (при практически неизменном объёме — закон Шарля), и оно становится больше атмосферного. Избыточное давление давит на ртуть сверху.

Шаг 3. Куда пойдёт ртуть

Повышенное давление воздуха выталкивает ртуть из закрытого (левого) колена — её уровень там понижается. Вытесненная ртуть переходит в открытое (правое) колено, и там уровень повышается. Перетекание прекратится в новом равновесии, когда давление запертого воздуха уравновесится атмосферным давлением плюс давлением образовавшейся разности столбов ртути: $p = p_{атм} + \rho g \cdot 2\Delta h$, где $\Delta h$ — на сколько опустился уровень в закрытом колене.