Question

【題目】圖中系統由左右兩個側壁絕熱、底部導熱、截面均為S的容器組成。左容器足夠高，上端敞開，右容器上端由導熱材料封閉。兩容器的下端由可忽略容積的細管連通。

容器內兩個絕熱的活塞A、B下方封有氮氣，B上方封有氫氣. 大氣的壓強為p0，溫度為T0＝273 K，兩活塞因自身重量對下方氣體產生的附加壓強均為0.1 p0。系統平衡時，各氣柱的高度如圖所示。現將系統底部浸入恒溫熱水槽中，再次平衡時A上升了一定高度。用外力將A緩慢推回第一次平衡時的位置并固定，第三次達到平衡后，氫氣柱高度為0.8 h。氮氣和氫氣均可視為理想氣體。求：

（i）第二次平衡時氮氣的體積；（ii）水的溫度。

Answer 1

【答案】（i）2.7sh （ii）95.55℃

【解析】對封閉的氫氣，兩過程為等溫變化，開始時的壓強為PB=PA=P0+0.1P0=P1+0.1P0，得到P1=P0，V1=Sh，V2=0.8Sh，，

對氮氣從第一次平衡到第三次平衡，由氣體狀態方程得，P1=1.1P0，V1=2Sh，T1=273k，

=1.35P0，V3=2.2Sh，得，t=T-273=368.55-273=95.55℃

對氮氣從第一次平衡到第二次平衡為等壓變化，V1=2Sh，T1=273k，T2=T3=368.55k，得。