解析:一定质量的理想气体等压变化,由盖-吕萨克定律得,=,
则VB==8.0×10-3m3。
气体对外做的功W=p(VB-VA)=2.0×102 J,
根据热力学第一定律ΔU=Q-W,
解得ΔU=5.0×102 J。
答案:ΔU=5.0×102 J
8.如图所示,两个可导热的汽缸竖直放置,它们的底部由一细管连通(忽略细管的容积)。两汽缸各有一活塞,质量分别为m1和m2,活塞与汽缸壁无摩擦。活塞的下方为理想气体,上方为真空。当气体处于平衡状态时,两活塞位于同一高度h。(已知m1=3m,m2=2m)
(1)在两活塞上同时各放一质量为m的物块,求气体再次达到平衡后两活塞的高度差。(假定环境的温度始终保持为T0)
(2)在达到上一问终态后,环境温度由T0缓慢上升到T,试问在这个过程中,气体对活塞做了多少功?气体是吸收还是放出了热量?(假定在气体状态变化过程中,两活塞均不会碰到汽缸顶部)
解析:(1)设左、右活塞的面积分别为S′和S。由于气体处于平衡状态,故两活塞对气体的压强相等,
即=,由此得S′=S。
在两活塞上各加一质量为m的物块后,气体所受右端压强恒大于左端,所以右活塞降至汽缸底部,所有气体在左汽缸中。
在初态,气体的压强为,体积为;在末态,气体的压强为,体积为(x为左活塞的高度),由玻意耳定律得·=·,由上式解得x=h。
(2)当温度由T0上升至T时,气体的压强始终为。
设x′是温度达到T时左活塞的高度,由盖吕萨克定律得x′=x=,
气体对活塞做的功为
W=Fs=F·(x′-x)=4mg·h=5mgh,