Question

如图所示为内径均匀的U形管，其内部盛有水银，封闭端内的空气柱（可视为理想气体）长l=15cm，两侧水银面

如图所示为内径均匀的U形管，其内部盛有水银，封闭端内的空气柱（可视为理想气体）长l=15cm，两侧水银面的高度差为h=3cm，已知大气压强为p0=75cmHg，现从开口端缓慢加入水银，直到两侧水银面处在同一高度（设整个过程中环境温度保持不变）．求：（1）此时封闭端内的空气柱长；（2）从开口端加入的水银柱的长度；（3）此过程中封闭气体吸热还是放热．

Answer 1

（1）对封闭气体，初态：V₁=lS=15S，P₁=P₀-h=72cmHg，
末态：V₂=l₂S，P₂=P₀=75cmHg，
由玻意耳定律得：P₁V₁=P₂V₂，
即：15S×72=l₂S×75，解得：l₂=14.4cm；
（2）加入水银的长度为：
L=2（l-l₂）+h=2×（15-14.4）+3=4.2cm
（3）气体的温度不变，内能不变，气体的体积减小，则外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体要放热．
答：（1）此时封闭端内的空气柱长为14.4cm；（2）从开口端加入的水银柱的长度为4.2cm；（3）此过程中封闭气体放热．