В трубке постоянного сечения, запаянной с одного конца, находится столбик ртути длиной 7.5 см, отделяющий воздух от атмосферы. Если трубку перевернуть вертикально, запаянным концом вниз, то на сколько градусов нужно нагреть воздух в трубке, чтобы его объём стал прежним? Температура воздуха в лаборатории составляет 300 К, а атмосферное давление - 750 мм рт. ст.

Физика 10 класс Газовые законы физика трубка ртуть нагрев воздуха объём температура атмосферное давление закон Бойля термодинамика газовые законы Новый

Для решения данной задачи воспользуемся законом Бойля-Мариотта и уравнением состояния идеального газа. Начнем с того, что объем газа в трубке будет меняться в зависимости от температуры. Нам нужно найти, на сколько градусов нужно нагреть воздух, чтобы его объем стал прежним.

Шаг 1: Определим начальные условия.

• Длина столбика ртути: 7.5 см = 0.075 м
• Температура воздуха в лаборатории: T1 = 300 K
• Атмосферное давление: P0 = 750 мм рт. ст.

Шаг 2: Переведем давление в паскали.

1 мм рт. ст. соответствует 133.322 Па. Таким образом, давление в паскалях будет:

P0 = 750 мм рт. ст. * 133.322 Па/мм рт. ст. = 99846.5 Па.

Шаг 3: Найдем объем воздуха в трубке до переворота.

Объем V1 можно выразить через высоту столбика ртути и атмосферное давление:

V1 = A * h, где A - площадь сечения трубки, h - высота столбика ртути.

Так как A в дальнейшем сократится, можем считать, что V1 пропорционален h.

Шаг 4: Найдем новое давление P1 после переворота трубки.

После переворота трубки давление в газе станет:

P1 = P0 - (h * ρ * g),

где ρ - плотность ртути (около 13600 кг/м³), g - ускорение свободного падения (около 9.81 м/с²).

h = 0.075 м, следовательно:

P1 = 99846.5 Па - (0.075 м * 13600 кг/м³ * 9.81 м/с²).

Теперь подставим значения и посчитаем P1.

Шаг 5: Применим закон Бойля-Мариотта.

По закону Бойля-Мариотта: P1 * V1 / T1 = P2 * V2 / T2, где V2 - искомый объем, который равен V1, а P2 - атмосферное давление.

Таким образом, у нас получится: P1 / T1 = P0 / T2, где T2 - искомая температура.

Шаг 6: Найдем температуру T2.

Выразим T2:

T2 = P0 * T1 / P1.

Шаг 7: Найдем изменение температуры.

ΔT = T2 - T1.

Теперь подставим все известные значения и проведем расчеты. В итоге мы сможем найти, на сколько градусов нужно нагреть воздух в трубке, чтобы его объем стал прежним.

Таким образом, решение задачи требует последовательного применения законов физики и математических расчетов для нахождения искомой температуры и изменения температуры воздуха.