Решение: Изменение внутренней энергии газа
Колбу с газом соединили с U-образным жидкостным манометром (рис. 1). После того как колбу опустили в сосуд с водой, показания манометра изменились (рис. 2). Изменилась ли, и если изменилась, то как внутренняя энергия газа в колбе? Ответ поясните.
Рис. 1. Первоначальное положение жидкости в U-образном манометре.. Саму картинку ещё готовим — у остальных задач темы она на месте.
Решение по шагам
4 шагаНа рисунке 2 уровень жидкости в колене, соединённом с колбой, выше, чем в открытом колене. Следовательно, давление газа в колбе стало меньше атмосферного и уменьшилось по сравнению с первоначальным.
$$p_{\text{газа}}<p_{\text{атм}}$$Колба закрыта, поэтому количество газа и его объём не изменяются. Для постоянного объёма идеального газа давление прямо пропорционально абсолютной температуре.
$$\dfrac{p}{T}=\text{const}$$Так как давление газа уменьшилось, его температура также уменьшилась.
$$p_2<p_1 \Rightarrow T_2<T_1$$Внутренняя энергия идеального газа зависит от его температуры. Поэтому при понижении температуры внутренняя энергия газа уменьшилась.
$$U_2<U_1$$Внутренняя энергия газа уменьшилась: давление газа по показаниям манометра снизилось, а при постоянном объёме это означает понижение температуры; внутренняя энергия идеального газа прямо зависит от температуры.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Неверно определяют, какое колено манометра соединено с колбой.
Считают, что изменение давления не связано с температурой.
Утверждают, что внутренняя энергия зависит непосредственно от давления, не учитывая постоянство объёма.