Номер 38.7, страница 141 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 38. Внутренняя энергия. Глава 6. Тепловые явления - номер 38.7, страница 141.

38.7° [916°] Две одинаковые колбы соединены с одинаковыми манометрами (рис. VI-1). Одну колбу опустили в сосуд с горячей водой, а другую — в сосуд с холодной. При этом уровни поверхности жидкости в манометрах изменились (относительно штриховой линии) и установились так, как показано на рисунках. Определите, в каком сосуде температура воды выше. В какой колбе кинетическая энергия молекул воздуха увеличилась?

Рис. VI-1

Рассмотрим две экспериментальные установки, изображенные на рисунке. Каждая установка состоит из колбы с воздухом, соединенной с жидкостным манометром. Согласно условию, одну колбу опустили в сосуд с горячей водой, а другую — в сосуд с холодной.

В каком сосуде температура воды выше?

Манометр показывает разность давлений между газом в колбе и атмосферой. Давление газа в колбе определяется по разности уровней жидкости $\Delta h$ в коленах манометра.

В левой установке (сосуд 1, колба А) уровень жидкости в колене, подключенном к колбе, опустился, а в открытом колене — поднялся. Это свидетельствует о том, что давление воздуха в колбе А стало выше атмосферного. Согласно закону Шарля для изохорного процесса (процесса при постоянном объеме), давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($P \sim T$). Увеличение давления означает, что температура воздуха в колбе А увеличилась. Следовательно, колба А была помещена в сосуд с горячей водой.

В правой установке (сосуд 2, колба В) наблюдается обратная картина: уровень жидкости в колене, подключенном к колбе, поднялся. Это означает, что давление воздуха в колбе В стало ниже атмосферного. Снижение давления газа свидетельствует о понижении его температуры. Следовательно, колба В была помещена в сосуд с холодной водой.

Ответ: Температура воды выше в сосуде 1.

В какой колбе кинетическая энергия молекул воздуха увеличилась?

Температура вещества является мерой средней кинетической энергии его частиц (атомов или молекул). Связь между средней кинетической энергией поступательного движения молекул идеального газа и его абсолютной температурой выражается формулой: $\bar{E}_k = \frac{3}{2}kT$, где $T$ — абсолютная температура, а $k$ — постоянная Больцмана.

Из формулы видно, что средняя кинетическая энергия молекул прямо пропорциональна температуре. Поскольку в колбе А температура воздуха увеличилась (она была помещена в горячую воду), средняя кинетическая энергия молекул воздуха в ней также увеличилась. В колбе B температура, наоборот, уменьшилась, а значит, уменьшилась и средняя кинетическая энергия молекул.

Ответ: Кинетическая энергия молекул воздуха увеличилась в колбе А.