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(2014•武汉模拟)如图所示,面积为S,质量为M的活塞在气缸内封闭着一定质量的理想气体,现对缸内气体缓慢加热,使缸内气体的温度从T1升高到T2,气柱的高度增加了△L,内能增加了△U
题目详情
(2014•武汉模拟)如图所示,面积为S,质量为M的活塞在气缸内封闭着一定质量的理想气体,现对缸内气体缓慢加热,使缸内气体的温度从T1升高到T2,气柱的高度增加了△L,内能增加了△U.已知整个过程中气体不会泄露,外界大气压强为p0,重力加速度为g.求
(Ⅰ)此加热过程中气体吸收的热量为多少?
(Ⅱ)若保持缸内气体温度不变,再在活塞上放一砝码,使缸内气体的体积又恢复到初始状态,则所放砝码的质量为多少?
(Ⅰ)此加热过程中气体吸收的热量为多少?
(Ⅱ)若保持缸内气体温度不变,再在活塞上放一砝码,使缸内气体的体积又恢复到初始状态,则所放砝码的质量为多少?
▼优质解答
答案和解析
(ⅰ)假设缸内气体的温度为T1时压强为p1,对活塞进行受力分析,活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,得:
Mg+p0S=p1S
气体膨胀对外界做功为:
W=p1S△L
根据热力学第一定律得:
Q-W=△U
联立可得:
Q=△U+(p0S+Mg)△L
(ⅱ)气体变化的整个过程可视为等容变化,假设放入砝码的质量为m,缸内气体的温度为T2时压强为p2,将活塞和砝码视为一个整体进行受力分析,系统受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,得:
(M+m)g+p0S=p2S
根据查理定律:
=
联立可得:
m=
答:(1)此过程中气体吸收的热量为△U+(p0S+Mg)△L.
(2)所加砝码的质量为
Mg+p0S=p1S
气体膨胀对外界做功为:
W=p1S△L
根据热力学第一定律得:
Q-W=△U
联立可得:
Q=△U+(p0S+Mg)△L
(ⅱ)气体变化的整个过程可视为等容变化,假设放入砝码的质量为m,缸内气体的温度为T2时压强为p2,将活塞和砝码视为一个整体进行受力分析,系统受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,得:
(M+m)g+p0S=p2S
根据查理定律:
P1 |
T2 |
P2 |
T2 |
联立可得:
m=
(P0S+Mg)(T2−T1) |
T1g |
答:(1)此过程中气体吸收的热量为△U+(p0S+Mg)△L.
(2)所加砝码的质量为
(P0S+Mg)(T2−T1) |
T1g |
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