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物理竞赛指导:学会从平衡关系角度解决水银溢出问题

(2011-06-17 14:54:03)
标签:

物理

学习指导

平衡关系

水银柱溢出

分类: 物理综合学习指导

    表面上,理想气体状态方程反映的是某一理想气体初、末态的三个状态参量间的关系。一旦我们通过力的平衡关系确定出该方程中二个压强状态参量http://s15/middle/811ca2764a5e2c89dff2e&690,气态方程便能反映力的平衡关系。这种情形下,一旦气态方程不成立,便意谓着与之相关联的水银柱(或者气缸、活塞)无法保持平衡状态,也即不能稳定在一个特定的位置上,会向某一方向作加速运动。把握好气态方程的这种关系,便可以少走弯路,快速解答有关水银自行溢出问题。

    例题 如图1所示,一根下端封闭,上端开口的均匀玻璃管竖直放置,长http://s16/middle/811ca2764a5e2ca7c177f&690=76cmHg)

 

http://s2/middle/811ca2764a5e2c77c0381&690

  图1

  分析与解:对于管内封闭的气体,初态水银柱处于平衡状态,从力的平衡角度可知http://s4/middle/811ca2764a5e2cd723623&690=300K。

  假设温度升到http://s7/middle/811ca2764a5e2d3858766&690cm2

  由气态方程http://s6/middle/811ca2764a5e2d4872c15&690可知

  http://s13/middle/811ca2764a5e2d565884c&690 (1)

  确定使水银柱稳定的最高温度(或水银溢出的最低温度)http://s16/middle/811ca2764a5e2d82e3eaf&690=385K。一旦气体温度高于385K,水银将从管中全部自行溢出。

  一旦我们懂得气态方程能反映出力的平衡关系,则我们还可直接将(1)式变形为http://s9/middle/811ca2764a5e2d93f08c8&690>385K,水银柱无法在管中平衡,将全部从管中溢出。这样,我们也可由平衡关系是否被破坏的角度,推断出使水银柱从管中全部溢出的最低温度为385K。

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