[例1] 如图1所示,一根粗细均匀、内壁光滑、竖直放置的玻璃管下端密封,上端封闭但留有一抽气孔。管内下部被活塞封住一定量的气体(可视为理想气体),气体温度为T1。开始时,将活塞上方的气体缓慢抽出,当活塞上方的压强达到p0时,活塞下方气体的体积为V1,活塞上方玻璃管的容积为2.6V1,活塞因重力而产生的压强为0.5p0。继续将活塞上方抽成真空并密封。整个抽气过程中管内气体温度始终保持不变,然后将密封的气体缓慢加热。求:
图1
(1)活塞刚碰到玻璃管顶部时气体的温度;
(2)当气体温度达到1.8T1时气体的压强。
解析 (1)活塞上方的压强为p0时,活塞下方气体的体积为V1。抽气过程为等温过程,活塞上方抽成真空时,下方气体的压强为0.5p0。
依题意,由玻意耳定律得=①
式中V是抽成真空时活塞下方气体的体积。此后,气体等压膨胀,由盖-吕萨克定律得=②
式中T′是活塞碰到玻璃管顶部时气体的温度。
由①②式得T′=1.2T1③
(2)活塞碰到顶部后的过程是等容升温过程,由查理定律得=④
式中p2是气体温度达到1.8T1时气体的压强。
由③④式得p2=0.75p0