Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040455

Что дано

Жёсткая колба с газом соединена трубкой с $U$-образным жидкостным манометром. Такой манометр показывает, насколько давление газа отличается от атмосферного: об этом говорит перепад уровней жидкости в двух коленах.

• Рис. 1 — колба в воздухе: уровни жидкости в обоих коленах одинаковы.
• Рис. 2 — колбу опустили в сосуд с водой: в колене со стороны колбы жидкость поднялась, а в открытом колене опустилась.

Шаг 1. Читаем манометр

Равные уровни на рис. 1 означают, что газ в колбе давит так же, как атмосфера: $p_к=p_0$.

На рис. 2 жидкость сместилась в сторону колбы — её туда продавила атмосфера. Так бывает, когда газ в колбе давит слабее наружного воздуха:

$$p_к=p_0-\rho g h$$

где $h$ — разность уровней. Вывод: давление газа в колбе уменьшилось.

Шаг 2. От давления к температуре

Колба стеклянная, жёсткая и закрытая: газ не расширяется, не сжимается и не утекает. Объём газа постоянен — процесс изохорный.

Для изохорного процесса работает закон Шарля: при постоянном объёме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре,

$$\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}$$

Давление упало — значит упала и температура: $T_2

Шаг 3. Отвечаем про внутреннюю энергию

Внутренняя энергия газа — это суммарная энергия беспорядочного движения его молекул. Для данной порции газа она определяется только температурой: ниже температура — меньше внутренняя энергия.

Проверим по закону сохранения энергии: объём не менялся, значит газ работы не совершал и над ним работу не совершали; единственный способ изменить его энергию — теплообмен. Газ отдал теплоту воде, потому что вода оказалась холоднее окружающего воздуха.

Вывод

Внутренняя энергия газа в колбе уменьшилась: газ остыл, отдав теплоту холодной воде.