Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040443

Что за прибор. К жёсткой колбе с газом подсоединён $U$-образный жидкостный манометр — изогнутая трубка с жидкостью, одно колено которой соединено с колбой, а второе открыто в атмосферу. Такой прибор показывает не само давление, а разницу: насколько давление газа в колбе отличается от атмосферного. Если жидкость в обоих коленах стоит на одном уровне — давления одинаковы.

Читаем рисунок 1. Колба стоит в воздухе. Уровни жидкости в обоих коленах одинаковые. Вывод: давление газа в колбе равно атмосферному, а температура газа равна температуре окружающего воздуха.

Читаем рисунок 2. Колбу опустили в сосуд с водой. Теперь уровень жидкости в колене со стороны колбы опустился, а в открытом колене поднялся — между коленами появилась разность высот $h$. Это значит, что газ в колбе продавил жидкость вниз со своей стороны, то есть его давление стало больше атмосферного:

$$p_{\text{к}}=p_0+\rho g h > p_0 .$$

Что это говорит о температуре. Колба жёсткая, газ из неё никуда не уходит, поэтому объём газа не изменился — процесс идёт при постоянном объёме (изохорный). Для такого процесса работает закон Шарля: при постоянном объёме давление газа растёт вместе с его температурой, и падает вместе с ней. Раз давление выросло — газ нагрелся.

Кто его нагрел. Нагреть газ могла только вода, в которую опустили колбу: тепло всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Значит, вода была теплее, чем газ, а газ до погружения имел температуру окружающего воздуха.

Вывод. Температура воды в сосуде больше температуры окружающей среды.