Тепловые Явления — Задание 19 ОГЭ по физике №00040500

Что дано

Жёсткая колба с газом соединена трубкой с $U$-образным жидкостным манометром. Манометр показывает не «сколько давление», а насколько давление газа отличается от атмосферного — по перепаду уровней жидкости в двух коленах.

• Рис. 1 — колба стоит в воздухе: уровни жидкости в обоих коленах одинаковы.
• Рис. 2 — колбу опустили в сосуд с водой: уровень в колене со стороны колбы поднялся, а в открытом колене опустился.

Идея

Сначала читаем манометр.

Одинаковые уровни на рис. 1 говорят, что газ в колбе давит ровно так же, как атмосфера снаружи: $p_к=p_0$.

На рис. 2 жидкость сместилась в сторону колбы. Так бывает, когда атмосфера пересиливает газ: она продавливает жидкость в открытом колене вниз и поднимает её в колене, идущем к колбе. Разность уровней $h$ как раз и показывает, насколько газ «слабее» атмосферы:

$$p_к=p_0-\rho g h$$

Первый вывод: давление газа в колбе уменьшилось.

От давления к температуре

Колба стеклянная, жёсткая и закрытая: газ не может ни расшириться, ни сжаться, ни утечь. Объём газа постоянен — такой процесс называют изохорным.

Для изохорного процесса действует закон Шарля: при неизменном 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

Сравниваем температуры

До опыта газ в колбе имел температуру окружающего воздуха. После погружения в воду он остыл — значит вода забрала у него теплоту. А теплота всегда переходит от более нагретого тела к менее нагретому. Раз тепло ушло из газа в воду, вода холоднее.

Вывод

Температура воды в сосуде ниже температуры окружающей среды — колбу опустили в холодную воду.