如图所示,左右两个容器的侧壁都是绝热的、底部都是导热的、横截面积均为S.左容器足够高,上端敞开,右容器上端由导热材料封闭.两个容器的下端由容积可忽略的细管连通.容器内两个绝热的

Question

如图所示,左右两个容器的侧壁都是绝热的、底部都是导热的、横截面积均为S.左容器足够高,上端敞开,右容器上端由导热材料封闭.两个容器的下端由容积可忽略的细管连通.容器内两个绝热的活塞A、B下方封有氮气,B上方封有氢气.大气的压强为p0,外部气温为T0=273K保持不变,两个活塞因自身重力对下方气体产生的附加压强均为0.1 p0.系统平衡时,各气体柱的高度如图所示.现将系统的底部浸入恒温热水槽中,再次平衡时A上升了一定的高度.用外力将A缓慢推回第一次平衡时的位置并固定,第三次达到平衡后,氢气柱高度为0.8h.氮气和氢气均可视为理想气体.求：第二次平衡时氮气的体积；
（2）水的温度． 考虑氢气的等温过程.该过程的初态压强为P0,体积为hs,末态体积为0.8hs.设末态压强为P,由玻意耳定律得 为什么氢气是等温变化

Answer 1

分析：第一个过程是等温过程,应用玻意耳定理可解得,第二步为等压变化,用盖-吕萨克定理可以解得．
（1）考虑氢气的等温过程,该过程的初态压强为P0,体积为hS,末态体积为0.8hS,
设末态的压强为P,由玻意耳定理得：
P=
P0hS
0.8hS
=1.25P0
活塞A从最高点被第一次推回平衡位置的过程是等温过程,该过程的初态压强为1.1P0,体积为V,末态压强为P′,末态压强V′
则：P′=P+0.1P0=1.35P0
V′=2.2hS
由玻意耳定理得：V=
1.35P0
1.1P0
×2.2hS=2.7hS
（2）活塞A从从最初位置升到最高位置过程为等压过程,该过程的初态体积和温度分别为2hS和T0=273K,末态体积为2.7hS,
设末态温度为T,由该吕萨克定律得：T=
2.7hS
2hS
T0=368.55K
答：第二次平衡时氮气的体积为2.75hS；水的温度为368.55K．