Сосуд с ртутью на длины

Когда трубка расположена горизонтально, то давления в правом и левом воздушных карманах одинаковы. Когда трубку перевернут вертикально, давление в верхней части станет меньше (так как объем увеличится из-за сползания столбика ртути вниз под действием силы тяжести), а в нижнем – больше (будет давить столбик ртути). На этом и будем основывать решения подобных задач.

Задача 1. Посередине откачанной и запаянной с обоих концов горизонтальной трубки длиной 1 м находится столбик ртути длиной 20 см. Если трубку поставить вертикально, столбик ртути сместится на 10 см. До какого давления была откачана трубка?

Когда трубка расположена горизонтально, то давления в правом и левом воздушных карманах одинаковы. И объемы карманов одинаковы, так как по условию столбик находится посередине. Обозначим давление в воздушном кармане при таком положении трубки – это наша искомая величина. Когда трубку перевернут вертикально, давление в верхней части станет меньше (так как объем увеличится из-за сползания столбика ртути вниз под действием силы тяжести), а в нижнем – больше (будет давить столбик ртути)

К задаче 1 – трубка расположена горизонтально

К задаче 1 – трубка расположена вертикально

Здесь – это давление в верхнем кармане, – в нижнем. Температура не меняется, следовательно, когда трубку поставят вертикально, то для нижнего кармана

Подставим :

Для верхнего кармана

Подставим это выражение в (1):

Но объемы пропорциональны высотам карманов, так как сечение у трубки везде одинаковое. Поэтому

При этом , ,

Картинка

Выразим :

Давление столбика ртути запишем так

Тогда

Ответ: 51 кПа.

Задача 2. В трубке с газом длиной 1,73 м, закрытой с обоих концов, находится столбик ртути длиной 30 см. Когда трубка расположена вертикально, столбик ртути делит трубку на две равные части. Давление газа над ртутью равно 8 кПа. На какое расстояние сместится столбик ртути, если трубку положить горизонтально?

К задаче 2 – трубка расположена вертикально

Сначала, когда трубка стоит вертикально, объемы воздушных карманов равны, но не равны давления в них. Пусть в верхнем кармане давление , а в нижнем – . Так как сечение трубки одинаково, то можно записать, что высоты карманов (а высоты определяют объемы) равны – пусть это будет длина . Тогда

Где – длина всей трубки, – длина столбика ртути.

К задаче 2 – трубка расположена горизонтально

Когда трубку положат, то давления уравняются, а объемы перестанут быть равными. Длина кармана, что был вверху, уменьшится, а кармана, бывшего внизу – увеличится. Процесс выравнивания давлений – изотермический, поэтому для верхнего кармана

Для нижнего:

Но, как мы заметили ранее, давления выровняются, поэтому . Разделим уравнения друг на друга с учетом сказанного:

Заменяя объемы на высоты карманов ( – новая длина кармана, бывшего вверху, – новая высота нижнего кармана), получим:

Давление можно записать для вертикального положения трубки:

Тогда

Но

Следовательно,

Подставим числа:

Так как больше, чем , то логичен отрицательный результат. Но нам знак в данном случае не важен, а важен модуль этого перемещения: 51,3 см.

Ответ: 51,3 см.

Задача 3. Узкая цилиндрическая трубка, закрытая с одною конца, содержит воздух, отделенный от наружного воздуха столбиком ртути. Когда трубка обращена закрытым концом кверху, воздух внутри нее занимает длину . Когда же трубка повернута открытым концом вверх, воздух в ней занимает длину . Длина столбика ртути равна . Определите атмосферное давление.

К задаче 3

Трубка повернута открытым концом вниз. Атмосферное давление удерживает столбик ртути внутри нее:

Теперь перевернем трубку. На воздушный карман давит атмосфера да еще и столбик ртути:

К этому можно еще добавить закон Бойля-Мариотта:

Или, так как сечение трубки одинаковое по всей длине, то

Подставляем:

Откуда

Ответ:

Источник

1

В два сосуда конической формы, расширяющихся кверху и книзу, и цилиндрический налита вода при температуре T = 100 °C. Как изменится давление на дно сосудов после охлаждения воды до комнатной температуры?

Ответ

В сосуде конической формы, расширяющемся кверху, давление на дно увеличится. В сосуде конической формы, расширяющемся книзу, давление на дно уменьшится. В цилиндрическом сосуде давление на дно не изменится.

2

Две линейки – одна медная, другая железная – наложены одна на другую так, что они совпадают только одним концом. Определить длины линеек при t = 0 °C, зная, что разность их длин при любой температуре составляет Δl = 10 см. Коэффициент линейного расширения меди α1 = 17·10-6 К-1, железа – α2 = 12·10-6 К-1.

Ответ

Длина медной линейки 24 см, длина железной – 34 см.

3

Часы, маятник которых состоит из груза малых размеров и легкой латунной нити, идут правильно при 0 °C. Найти коэффициент линейного расширения латуни, если при повышении температуры до t = +20 °C часы отстанут за сутки на 16 с.

Ответ

4

На сколько часы будут уходить вперед за сутки при t0 = 0 °C. если они выверены при t = 20 °C, и материал, из которого сделан маятник, имеет коэффициент линейного расширения α = 0,000012 К-1?

Ответ

5

При t0 = 0 °С часы спешат в сутки на τ = 20 с. При какой температуре часы будут идти точно? Коэффициент линейного расширения материала маятника α = 1,9·10-5 К-1.

Ответ

6

Какую силу F надо приложить к стальному стержню сечением S = 1 см2, чтобы растянуть его на столько же, на сколько он удлиняется при нагревании на Δt = 1 °С? Коэффициент линейного расширения α = 12·10-6 К-1. Модуль Юнга E = 2,1·1011 Н/м2.

Ответ

7

Толщина биметаллической пластинки, составленной из одинаковых полосок стали и цинка, равна d = 0,1 см. Определить радиус кривизны r пластинки при повышении температуры на Δt = 11 °С. Коэффициент линейного расширения цинка α1= 25·10-6 К-1, а стали α2 = 12·10-6 К-1.

Ответ

8

Концы стального стержня сечением S = 1 см2, находящегося при температуре t = 20 °С, прочно закреплены. С какой силой стержень будет действовать на опоры, если его нагреть до t1 = 200 °С? Модуль Юнга стали E = 2,0·1011 Н/м2, коэффициент линейного расширения α =1,2·10-5 К-1?

Ответ

9

Каково давление газа p0 в электрической лампочке, объем которой V = 1 л, если при отламывании кончика последней под поверхностью воды на глубине h = 1 м в лампочку вошло m = 998,7 г воды? Атмосферное давление нормальное.

Ответ

10

Стеклянный баллон объемом V = 1 л был наполнен испытуемым газом до давления p = 105 Па и взвешен. Его вес оказался равным Q = 0,9898 Н. Затем часть газа была удалена так, что давление в баллоне упало до р1 = 5·104 Па. Новый вес баллона оказался равным Q1 = 0,9800 Н. Какова плотность испытуемого газа при нормальном атмосферном давлении? Температура постоянна.

Ответ

11

В ртутный барометр попал пузырек воздуха, вследствие чего барометр показывает давление меньше истинного. При сверке его с точным барометром оказалось, что при давлении p = 768 мм рт. ст. барометр показывает р’ = 748 мм рт. ст., причем расстояние от уровня ртути до верхнего основания трубки l = 80 мм. Каково истинное давление, если барометр показывает p’1= 734 мм рт. ст.? Температура воздуха постоянная.

Ответ

12

Открытую стеклянную трубку длиной l = 1 м наполовину погружают в ртуть. Затем трубку закрывают пальцем и вынимают. Какой длины столбик ртути останется в трубке? Атмосферное давление равно H = 750 мм рт. ст.

Ответ

13

В запаянной с одного конца стеклянной трубке длиной l = 90 см находится столбик воздуха, запертый сверху столбиком ртути высотой h = 30 см; столбик ртути доходит до верхнего края трубки. Трубку осторожно переворачивают открытым концом вниз, причем часть ртути выливается. Какова высота столбика ртути, которая останется в трубке, если атмосферное давление H = 750 мм рт. ст.?

Ответ

14

В сосуд со ртутью опускают открытую стеклянную трубку, оставляя над поверхностью конец длиной l = 60 см. Затем трубку закрывают и погружают еще на 30 см. Определить высоту столба воздуха в трубке. Атмосферное давление p0 = 760 мм рт. ст.

Ответ

15

Барометрическая трубка погружена в глубокий сосуд с ртутью так, что уровни ртути в трубке и в сосуде совпадают. При этом воздух в трубке занимает столб длиной l см. Трубку поднимают на l’ см. На сколько сантиметров поднимается ртуть в трубке? Атмосферное давление равно H см рт. ст.

Ответ

.

16

Посередине откачанной и запаянной с обоих концов горизонтальной трубки длиной L = 1 м находится столбик ртути длиной h = 20 см. Если трубку поставить вертикально, столбик ртути сместится на l = 10 см. До какого давления была откачана трубка? Плотность ртути ρ = 1,36·104 кг/м.

Ответ

17

Расположенная горизонтально запаянная с обоих концов стеклянная трубка разделена столбиком ртути, на две равные части. Длина каждого столбика воздуха 20 см. Давление 750 мм рт. ст. Если трубку повернуть вертикально, ртутный столбик опускается на 2 см. Определить длину столбика ртути.

Ответ

18

Цилиндрический сосуд делится на две части тонким подвижным поршнем. Каково будет равновесное положение поршня, когда в одну часть сосуда помещено некоторое количество кислорода, в другую – такое же по массе количество водорода, если длина сосуда l = 85 см?

Ответ

19

В закрытом цилиндрическом сосуде с площадью основания S находится газ, разделенный поршнем массой M на два равных отсека. Масса газа под поршнем при этом в k раз больше массы газа над ним. Температуры газов одинаковы. Пренебрегая трением и массой газа по сравнению с массой поршня, найти давление газа в каждом отсеке.

Ответ

; .

20

Имеются два мяча различных радиусов, давление воздуха в которых одинаково. Мячи прижимают друг к другу. Какой формы будет поверхность соприкосновения?

Ответ

Выгнута в сторону мяча с большим радиусом.

21

Найти число n ходов поршня, которое надо сделать, чтобы поршневым воздушным насосом откачать воздух из сосуда емкостью V от давления p0 до давления p, если емкость насоса ΔV.

Ответ

.

22

Упругость воздуха в сосуде равна 97 кПа. После трех ходов откачивающего поршневого насоса упругость воздуха упала до 28,7 кПа. Определить отношение объемов сосуда и цилиндра насоса.

Ответ

23

Два баллона соединены трубкой с краном. В первом находится газ при давлении p = 105 Па, во втором – при p1 = 0,6·105 Па. Емкость первого баллона V1 = 1 л, второго – V2 = 3 л. Какое давление установится в баллонах (в мм рт. ст.), если открыть кран? Температура постоянная. Объемом трубки можно пренебречь.

Ответ

24

Три баллона емкостями V1 = 3 л, V2 = 7 л и V3 = 5 л наполнены соответственно кислородом (p1 = 2·105 Па), азотом (p2 = 3·105 Па) и углекислым газом (p3 = 6·104 Па), при одной и той же температуре. Баллоны соединяют между собой, причем образуется смесь той же температуры. Каково давление смеси?

Ответ

25

На гладком горизонтальном столе находится сосуд, разделенный перегородкой на две равные части. В одной части сосуда находится кислород, а в другой – азот. Давление азота вдвое больше давления кислорода. На сколько сдвинется сосуд, если перегородка станет проницаемой? Длина сосуда l = 20 см. Массой сосуда пренебречь. Процесс считать изотермическим.

Ответ

26

В цилиндре, закрытом легко подвижным поршнем массой m и площадью S, находится газ. Объем газа равен V. Каким станет объем газа, если цилиндр передвигать вертикально с ускорением: а) +a; б) -a? Атмосферное давление равно p0, температура газа постоянна.

Ответ

а) ; б) .

27

Начертить графики изотермического, изобарического и изохорического процессов в идеальном газе в координатах p, V; p, T; V, T. Объяснить, почему коэффициент объемного расширения идеальных газов равен термическому коэффициенту давления.

28

На рисунке изображены две изотермы одной и той же массы газа.

1. Чем отличаются состояния газов, если газы одинаковы?

2. Чем отличаются газы, если температуры газов одинаковы?

29

Как менялась температура идеального газа – увеличивалась или уменьшалась – при процессе, график которого в координатах p, V изображен на рисунке.

30

При нагревании газа получен график зависимости давления от абсолютной температуры в виде прямой, продолжение которой пересекает ось p в некоторой точке выше (ниже) начала координат. Определить, сжимался или расширялся газ во время нагревания.

31

На рисунке дан график изменения состояния идеального газа в координатах p, V.

Представить этот круговой процесс (цикл) в координатах p, T и V, T, обозначив соответствующие точки.

32

Сколько ртути войдет в стеклянный баллончик объемом 5 см3, нагретый до t1 = 400 °С, при его остывании до t2 = 16 °С, если плотность ртути при t = 16 °С равна ρ = 13,6 г/см3?

33

При какой температуре находился газ, если при нагревании его на Δt = 22 °С при постоянном давлении объем удвоился? Для каких газов это возможно?

34

До какой температуры нужно нагреть воздух, взятый при t = 20 °С, чтобы его объем удвоился, если давление останется постоянным?

35

Определить, каким был бы коэффициент объемного расширения идеального газа, если бы за начальный объем его принимали объем не при t0 =0°С, а при t1 = 100 °С?

36

В цилиндре, площадь основания которого равна S = 100 см2, находится воздух при температуре t1 = 12 °С. Атмосферное давление p1 = 101 кПа. На высоте h1 = 60 см от основания цилиндра расположен поршень. На сколько опустится поршень, если на него поставить гирю массой m = 100 кг, а воздух в цилиндре при этом нагреть до t2 = 27 °С? Трение поршня о стенки цилиндра и вес самого поршня не учитывать.

37

Два одинаковых баллона, содержащие газ при t = 0 °С, соединены узкой горизонтальной трубкой диаметром d = 5 мм, посередине которой находится капелька ртути.

Капелька делит весь сосуд на два объема по V = 200 см3. На какое расстояние x переместится капелька, если один баллон нагреть на Δt = 2 °С, а другой на столько же охладить? Изменением объемов сосудов пренебречь.

38

Два одинаковых сосуда соединены трубкой, объемом которой можно пренебречь. Система наполнена газом и находится при абсолютной температуре T. Во сколько раз изменится давление в такой системе, если один из сосудов нагреть до абсолютной температуры T1, а другой поддерживать при прежней температуре T?

39

1. В горизонтально расположенном сосуде, разделенном легко подвижным поршнем, находятся с одной стороны от поршня m1 граммов кислорода, а с другой – m2 граммов водорода. Температуры газов одинаковы и равны T0. Каким будет отношение объемов, занимаемых газами, если температура водорода останется равной T0, а кислород нагреется до температуры T1?

2. Вертикально расположенный сосуд разделен на две равные части тяжелым теплонепроницаемым поршнем, который может скользить без трения. В верхней половине сосуда находится водород при температуре T и давлении p. В нижней части – кислород при температуре 2T. Сосуд перевернули. Чтобы поршень по-прежнему делил сосуд на две равные части, пришлось охладить кислород до температуры T/2. Температура водорода осталась прежней. Определить давление кислорода в первом и втором случаях.

40

На некоторой высоте давление воздуха p = 3·104 Па, а температура t = -43 0С. Какова плотность воздуха на этой высоте?

41

Определить давление кислорода, масса которого m = 4 кг, заключенного в сосуд емкостью V = 2 м3, при температуре t = 29 °С.

42

Определить удельный объем азота при температуре 27 °С и давлении p = 4,9·104 Па.

43

Определить массу кислорода, заключенного в баллоне емкостью V = 10 л, если при температуре t = 13 °С манометр на баллоне показывает давление p = 9·106 Па.

44

Какова разница в массе воздуха, заполняющего помещение объемом V = 50 м3, зимой и летом, если летом температура помещения достигает t1 = 40 °С, а зимой падает до t2 = 0 °С? Давление нормальное.

45

Сколько молекул воздуха выходит из комнаты объемом V0 = 120 м3 при повышении температуры от t1 = 15 °С до t2 = 25 °С? Атмосферное давление p0 = 105 Па.

46

Компрессор захватывает при каждом качании V0 = 4 л воздуха при атмосферном давлении p = 105 Па и температуре t0 = -3 °С и нагнетает его в резервуар емкостью V = 1,5 м3, причем температура воздуха в резервуаре держится около t1 = 45 °С. Сколько качаний должен сделать компрессор, чтобы давление в резервуаре увеличилось на Δp = 1,96·105 Па?

47

На весах установлены два одинаковых сосуда. Один заполнен сухим воздухом, другой – влажным (насыщенный водяными парами) при одинаковых давлениях и температурах. Какой из сосудов тяжелее?

48

По газопроводу течет углекислый газ при давлении p = 5·105 Па и температуре t = 17 °С. Какова скорость движения газа в трубе, если за τ = 5 мин через площадь поперечного сечения трубы S = 6 см2 протекает m = 2,5 кг углекислого газа?

49

Из баллона со сжатым водородом емкостью V = 10 л вследствие неисправности вентиля утекает газ. При температуре t1 = 7 °С манометр показывал p = 5·106 Па. Через некоторое время при температуре t2 = 17 °С манометр показал такое же давление. Сколько утекло газа?

50

Какая часть газа осталась в баллоне, давление в котором было равно p = 1,2·107 Па, а температура t = 27 °С, если давление упало до p1 = 105 Па? Баллон при этом охладился до t1 = -23 °С.

51

До какой температуры нужно нагреть запаянный шар, содержащий m = 17,5 г воды, чтобы шар разорвался, если известно, что стенки шара выдерживают давление 107 Па, а объем шара V = 1 л?

52

В цилиндре объемом V, заполненном газом, имеется предохранительный клапан в виде маленького цилиндрика с поршнем. Поршень упирается в дно цилиндра через пружину жесткости k.

При температуре T1 поршень находится на расстоянии l от отверстия, через которое газ выпускается в атмосферу. До какой температуры T2 должен нагреться газ в цилиндре, для того чтобы клапан выпустил часть газа в атмосферу? Площадь поршня S, масса газа в цилиндре m, его молярная масса µ. Объем цилиндрика клапана пренебрежимо мал по сравнению с объемом цилиндра.

53

В баллоне емкостью V = 110 л помещено m1 = 0,8 кг водорода и m2 = 1,6 кг кислорода. Определить давление смеси на стенки сосуда. Температура окружающей среды t = 27 °С.

54

В сосуде объемом 1 л заключено m = 0,28 г азота. Азот нагрет до температуры T = 1500 °С. При этой температуре α = 30% молекул азота диссоциировано на атомы. Определить давление в сосуде.

55

В сосуде находится смесь азота и водорода. При температуре T, когда азот полностью диссоциирован на атомы, давление равно p (диссоциацией водорода можно пренебречь). При температуре 2T, когда оба газа полностью диссоциированы, давление в сосуде 3p. Каково отношение масс азота и водорода в смеси?

56

Оболочка аэростата объемом V = 1600 м3, находящегося на поверхности Земли, наполнена водородом на n = 7/8 при давлении p = 101 кПа и температуре t = 15 °С. Аэростат поднялся на некоторую высоту, где давление p1 = 79,3 кПа и температура t1 = 2 °С. Сколько водорода потерял аэростат при своем подъеме в результате расширения газа?

57

Доказать, что в атмосфере с постоянной температурой независимо от закона изменения давления с высотой подъемная сила воздушного шара с эластичной оболочкой постоянна. Газ из воздушного шара не вытекает. Пренебречь давлением, обусловленным кривизной оболочки.

Источник