Номер 31, страница 11 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

7 класс. Введение. 2. Физические величины. Измерение физических величин - номер 31, страница 11.

Решение.

Нагреванием шарика E часть воздуха выгоняется. Почему?

При нагревании шарика E воздух, находящийся внутри, также нагревается. Согласно закону Шарля, при постоянном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($P \sim T$). При нагревании кинетическая энергия молекул воздуха увеличивается, что приводит к росту давления внутри шарика. Это внутреннее давление становится больше внешнего атмосферного давления. Возникшая разница давлений выталкивает часть воздуха из трубки наружу, что можно наблюдать в виде пузырьков в жидкости.

Ответ: Воздух при нагревании расширяется, его давление увеличивается и становится больше атмосферного, что приводит к вытеснению части воздуха из трубки.

С прекращением нагревания подкрашенная жидкость поднимается по трубке до уровня C. Почему?

Когда нагревание прекращается, воздух в шарике E и трубке начинает остывать. При остывании его давление падает и становится меньше, чем внешнее атмосферное давление, которое действует на поверхность жидкости в сосуде B. Из-за этой разницы давлений внешнее атмосферное давление "заталкивает" подкрашенную жидкость в трубку. Жидкость поднимается до тех пор, пока сумма давления оставшегося в шарике воздуха и гидростатического давления столба жидкости не уравновесит внешнее атмосферное давление.

Ответ: При остывании воздух в шарике сжимается, его давление падает и становится меньше атмосферного. Внешнее атмосферное давление вдавливает жидкость в трубку.

Как будет действовать такой термометр?

Этот прибор (термоскоп) измеряет температуру на основе принципа теплового расширения и сжатия газа (воздуха).
1. При повышении температуры окружающей среды воздух в шарике E нагревается, расширяется, и его давление растет. Это возросшее давление выталкивает столб жидкости в трубке вниз.
2. При понижении температуры окружающей среды воздух в шарике E остывает, сжимается, и его давление падает. Внешнее атмосферное давление заставляет столб жидкости подняться выше.
Таким образом, по высоте столба жидкости можно судить об изменении температуры. Шкала такого термометра будет "обратной": более высокому положению столбика жидкости соответствует более низкая температура, и наоборот.

Ответ: При повышении температуры воздух в шарике расширяется и опускает столбик жидкости. При понижении температуры воздух сжимается, и столбик жидкости поднимается.

Какое влияние окажет на показания такого термометра изменение атмосферного давления?

Изменение атмосферного давления оказывает прямое и существенное влияние на показания этого термометра, так как он не является герметичным. Уровень жидкости в трубке устанавливается в результате равновесия давлений:
$P_{атм} = P_{газа} + \rho g h$
где $P_{атм}$ – атмосферное давление, $P_{газа}$ – давление воздуха в шарике, а $\rho g h$ – гидростатическое давление столба жидкости высотой $\text{h}$.
Из этой формулы видно, что высота столба $\text{h}$ зависит не только от температуры (которая определяет $P_{газа}$), но и от $P_{атм}$.
• При увеличении атмосферного давления столбик жидкости поднимется выше, даже если температура не изменилась. Это будет ложно истолковано как похолодание.
• При уменьшении атмосферного давления столбик жидкости опустится, что будет ложно истолковано как потепление.
Из-за этого недостатка прибор является неточным термометром и по сути работает одновременно и как барометр.

Ответ: Показания термометра сильно зависят от атмосферного давления. При его повышении столбик жидкости поднимается (показывая "похолодание"), а при понижении — опускается (показывая "потепление"), даже при постоянной температуре.