ID: 00017035
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 произойдёт с уровнями ртути в коленах трубки? Атмосферное давление считать неизменным. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.
Источник: Сборник Гиголо
Как и в предыдущей задаче, в закрытом колене над ртутью заперта порция воздуха — мини-баллон с газом. Его поведение опишем газовыми законами, а уровни ртути — гидростатикой (равновесие давлений в сообщающихся сосудах).
В момент закрывания под пробкой воздух при атмосферном давлении, уровни ртути в коленах одинаковы — давления над ртутью с обеих сторон равны $p_{атм}$.
Температура в комнате понижается. В открытом колене давление остаётся атмосферным ($p_{атм}$), оно сообщается с комнатой. А запертый в левом колене воздух охлаждается, и его давление падает (закон Шарля, объём почти не меняется), становясь меньше атмосферного.
Теперь сверху на ртуть в открытом колене давит полная атмосфера, а в закрытом — ослабленное давление охлаждённого воздуха. Разница давлений вдавливает ртуть из открытого колена в закрытое: в закрытом (левом) колене уровень повышается, в открытом (правом) — понижается. Движение остановится в новом равновесии, когда атмосферное давление уравновесится давлением запертого воздуха плюс давлением разности столбов ртути.
Уровень ртути в закрытом колене повысится, а в открытом понизится. Причина: запертый над ртутью воздух при охлаждении понижает давление, и атмосфера через открытое колено вдавливает ртуть в закрытое (см. рисунок).