В цилиндрическом сосуде, закрытом подвижным поршнем, находится идеальный газ (см. рис.). Давление и температура в сосуде измеряются при помощи U-образного манометра с вертикальными коленами, в который налита жидкость, и спиртового термометра. Стенки сосуда и поршень теплоизолированы, теплообменом газа с манометром можно пренебречь, а термометр обладает очень малой теплоемкостью. В исходном состоянии поршень неподвижен, газ находится в термодинамическом равновесии. Поршень начинают медленно перемещать в направлении, показанном стрелкой. Как при этом будут изменяться показания манометра и термометра? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности Вы использовали для объяснения.
Версия для копирования в MS Word
PDF-версии: горизонтальная · вертикальная · крупный шрифт · с большим полем
Согласно условию, газ практически не обменивается теплотой с окружающими его телами, и расширение происходит очень медленно. Поэтому процесс расширения газа можно считать равновесным и адиабатическим: 
Отсюда изменение внутренней энергии газа 
молей идеального газа, обладающего молярной теплоемкостью 
в равновесном состоянии равна 
где T — абсолютная температура газа. Поэтому 
то есть 
отрицательно. Следовательно, температура газа уменьшается, и столбик спирта в термометре будет опускаться.
Поскольку объем газа увеличивается, а его температура уменьшается, давление газа будет уменьшаться. Следовательно, разность высот столбиков жидкости в коленах манометра будет уменьшаться — в левой трубке столбик жидкости будет опускаться, а в правой — подниматься.