Question

氣體溫度計結構如圖所示．玻璃測溫泡A內充有理想氣體，通過細玻璃管B和水銀壓強計相連．開始時A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點處，右管D中水銀面高出O點h₁=14cm．后將A放入待測恒溫槽中，上下移動D，使C中水銀面仍在O點處，測得D中水銀面高出O點h₂=44cm．（已知外界大氣壓為1個標準大氣壓，1標準大氣壓相當于76cmHg）
①求恒溫槽的溫度．
②此過程A內氣體內能增大還是減少？氣體不對外做功，氣體將吸熱還是放熱？

Answer 1

分析：①由于溫泡A內封閉氣體的體積不變，應用查理定律得求解恒溫槽的溫度，就需要確定在冰水混合物中時氣體的壓強和在恒溫槽中時氣體的壓強．
②由于氣體溫度升高，所以A內氣體分子的平均動能增大，由于理想氣體，不計分子勢能，要判定氣體是否吸熱，可根據熱力學第一定律△U=Q+W得出．

解答：解：①由于使C中水銀面仍在O點處，故溫泡A內封閉氣體的體積保持不變，發生等容變化．
冰水混合物的溫度T₁=273K，此時封閉氣體的壓強P₁=P₀+h₁=90cmHg
設待測恒溫槽的溫度T₂，此時封閉氣體的壓強P₂=P₀+h₂=120cmHg
根據查理定律得：

p1

T1

=

p2

T2

，代入數據得T₂=364K（或91℃）；
②A中氣體溫度升高，理想氣體的內能增加（理想氣體只考慮分子平均動能），氣體不對外做功，由熱力學第一定律△U=Q+W可得，氣體吸熱．
答：①恒溫槽的溫度為364K．②此過程A內氣體內能增大；氣體不對外做功，氣體將吸熱．

點評：解決本題的關鍵是分析清楚氣體狀態變化過程，確定出初末兩個狀態已知的參量．