Номер 28, страница 35, часть 2 - гдз по физике 7 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Плавание тел. Параграф 19. Атмосферное давление - номер 28, страница 35.

Условие.

28. Объясните принцип работы термоскопа Галилея (рис. 19.10). В какую сторону перемещается капелька ртути при увеличении температуры; при её уменьшении? Влияет ли на положение капельки ртути атмосферное давление? Если да, то как?

Рис. 19.10

Решение.

Принцип работы термоскопа Галилея

Принцип работы термоскопа, изображенного на рисунке, основан на свойстве газов (в данном случае воздуха в колбе) расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Это устройство представляет собой стеклянную колбу, соединенную с длинной узкой горизонтальной трубкой. В трубке находится небольшая капля ртути, которая может свободно перемещаться. Воздух, запертый в колбе, изменяет свой объем в зависимости от температуры. Капля ртути служит индикатором этого изменения объема. Поскольку давление воздуха в колбе практически равно внешнему атмосферному давлению, изменение объема воздуха при изменении температуры происходит в соответствии с законом Гей-Люссака, который гласит, что при постоянном давлении объем данной массы газа прямо пропорционален абсолютной температуре ($V/T = \text{const}$). Таким образом, по смещению капли ртути можно судить об изменении температуры воздуха в колбе.

Ответ: Принцип работы термоскопа основан на тепловом расширении воздуха в колбе: при изменении температуры изменяется объем воздуха, что вызывает перемещение капли-индикатора.

Перемещение капельки ртути при изменении температуры

При увеличении температуры окружающего воздуха, воздух внутри колбы нагревается и его объем увеличивается. Расширяющийся воздух давит на каплю ртути и выталкивает ее от колбы (вправо на рисунке). При уменьшении температуры воздух в колбе остывает и сжимается, его объем уменьшается. Внешнее атмосферное давление становится больше давления воздуха в колбе и заталкивает каплю ртути ближе к колбе (влево на рисунке).

Ответ: При увеличении температуры капелька ртути перемещается от колбы (вправо). При уменьшении температуры капелька перемещается к колбе (влево).

Влияние атмосферного давления на положение капельки ртути

Да, атмосферное давление оказывает существенное влияние на положение капельки ртути. Положение капельки определяется равновесием давлений: давление воздуха внутри колбы ($P_{вн}$) равно давлению наружного воздуха, то есть атмосферному давлению ($P_{атм}$). Согласно уравнению состояния идеального газа, $P \cdot V = \nu R T$. Отсюда объем воздуха в колбе $V = \frac{\nu R T}{P_{атм}}$.

Из этой формулы видно, что при постоянной температуре ($T = \text{const}$), объем воздуха $\text{V}$ обратно пропорционален атмосферному давлению $P_{атм}$. Следовательно, если атмосферное давление увеличится, объем воздуха в колбе должен уменьшиться, и капля ртути сместится к колбе (влево). Если же атмосферное давление уменьшится, то объем воздуха увеличится, и капля сместится от колбы (вправо). Поэтому такой прибор реагирует не только на изменение температуры, но и на изменение атмосферного давления, что делает его неточным термометром. Его правильнее называть термобароскопом.

Ответ: Да, влияет. При увеличении атмосферного давления (при постоянной температуре) капелька ртути смещается к колбе, а при уменьшении — от колбы.