Номер 5, страница 456 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

6. Изучение изотермического процесса в газе. Лабораторные работы - номер 5, страница 456.

Условие.

5. Неподвижную трубку закройте пробкой, поднимите подвижную трубку и зафиксируйте её (см. рис. 35б, б).

Решение.

5. Данное действие является одним из этапов эксперимента по изучению свойств газа при постоянной температуре (изотермический процесс), в частности, для проверки закона Бойля-Мариотта.

При закрытии неподвижной трубки пробкой в ней изолируется определённое количество газа. Это означает, что масса и количество вещества ($v$) этого газа остаются постоянными в ходе дальнейших манипуляций. Установка, описанная в задании, представляет собой сообщающиеся сосуды, содержащие жидкость.

Когда подвижную трубку поднимают, уровень жидкости в ней становится выше, чем в неподвижной. Это приводит к следующим изменениям параметров запертого газа:

Уменьшение объёма: Уровень жидкости в неподвижной трубке также поднимается, сжимая газ над ней. Таким образом, объём ($V$), занимаемый газом, уменьшается. Если трубка цилиндрическая, её объём можно найти как $V = S \cdot l$, где $S$ – площадь сечения, а $l$ – высота столба газа.

Увеличение давления: В соответствии с газовыми законами, уменьшение объёма при постоянной температуре приводит к увеличению давления ($P$). Новое давление газа можно рассчитать из условия гидростатического равновесия. Давление запертого газа уравновешивает сумму атмосферного давления ($P_{атм}$), действующего на открытую поверхность жидкости в подвижной трубке, и гидростатического давления столба жидкости высотой $h$, где $h$ – разность уровней жидкости в трубках.

Таким образом, давление газа рассчитывается по формуле:

$P = P_{атм} + \rho g h$

где $\rho$ — плотность жидкости, а $g$ — ускорение свободного падения.

Проводя измерения объёма и давления при нескольких различных положениях подвижной трубки, можно экспериментально проверить закон Бойля-Мариотта, который гласит, что для данной массы газа при постоянной температуре произведение давления на объём является постоянной величиной:

$P \cdot V = \text{const}$

Ответ: При выполнении указанного действия объём запертого в неподвижной трубке газа уменьшается, а его давление увеличивается. Давление газа становится равным сумме атмосферного давления и гидростатического давления столба жидкости, равного разности уровней в трубках ($P = P_{атм} + \rho g h$). Это позволяет экспериментально изучать зависимость между давлением и объёмом газа при постоянной температуре.