问题 问答题

一横截面积为S的气缸水平放置,固定不动,两个活塞A和B将气缸分隔为1、2两气室,温度均为27℃,达到平衡时1、2两气室长度分别为30cm和20cm,如图所示.在保持两气室温度不变的条件下,缓慢推动活塞A,使之向右移动5cm,不计活塞与气缸壁之间的摩擦,大气压强为1.0×105Pa.求:

(1)活塞B向右移动的距离与气室2中气体的压强.

(2)若将活塞A用销子固定,保持气室1的温度不变,要使气室2中气体的体积恢复原来的大小,则应将气室2气温度升高为多少℃?

答案

(1)因气缸水平放置,又不计活塞的摩擦,故平衡时两气室内的压强必相等,均为P0.设在活塞A向右移动d的过程中活塞B向右移动的距离为x,平衡时两气缸内压强均为P,因温度不变,根据玻意耳定律,得

气室1    p0L1 S=p0(L1-d+x)S------①

气室2    p0L2 S=p (L2-x) S-------②

由上面①②两式解得

x=

L2
L1+L2
d=
20
30+20
×5cm=2 cm 

将  x=2 cm代②式,得   

p=

20
18
×1.0×105Pa=1.1×105Pa 

(2)活塞A固定,气室2中气体的体积恢复为 L2S 时,温度升高为T2,压强增大为 p′,此过程为等容过程,运用查理定律.

p0
T1
=
p′
T2
   

这时气室1中气体的体积为(L1-d)S,压强增大为 p′,温度仍为27℃,为等温过程,根据玻意耳定律,得

p0 L1 S=p′(L1-d)S 

解方程组得   T2=

L1
L1-d
T1=
30
30-5
×300=360 K

t2=360 K-273 K=87℃

答:(1)活塞B向右移动的距离为2cm,气室2中气体的压强为1.1×105Pa.

(2)若将活塞A用销子固定,保持气室1的温度不变,要使气室2中气体的体积恢复原来的大小,则应将气室2气温度升高为87℃.

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