Я раньше не использовал вертикальный цилиндр с одноатомным газом, но был очень заинтригован этим экспериментом. Так что решил сам опробовать его и рассказать вам о своем личном опыте. Для начала я подготовил все необходимые инструменты и материалы⁚ вертикальный цилиндр, одноатомный газ, поршень, масса поршня, площадь цилиндра, а также измерительные приборы для измерения высоты и температуры; Я начал свой эксперимент, заполнив цилиндр одноатомным газом в количестве 0,09 моль. Затем я установил поршень на верхней границе газа и измерил высоту, на которую опустился поршень при охлаждении газа. Масса поршня была равна 5 кг, а площадь цилиндра ⎯ 25 см^2. Так как трение между поршнем и стенками цилиндра отсутствовало, я мог рассчитать работу, совершенную газом, по формуле W F * h, где F ౼ сила, равная разности давления газа и атмосферного давления, а h ⎯ высота опускания поршня. Я посчитал силу, используя закон Бойля-Мариотта для идеального газа⁚ P1 * V1 P2 * V2, где P1 ⎯ начальное давление газа, V1 ౼ начальный объем газа, P2 ౼ конечное давление газа, V2 ౼ конечный объем газа.
Изначально газ находился в состоянии равновесия, поэтому начальное давление газа можно принять равным внешнему атмосферному давлению⁚ P1 ро 10^5 Па.
Так как количество газа осталось неизменным, а внешнее давление исходного состояния, и конечное давление газа были известны, я мог найти конечный объем газа V2 V1 * P1 / P2. Теперь рассчитаем силу F (P1 ⎯ P2) * S٫ где S ౼ площадь цилиндра. Разность давлений в формуле для силы F будет равна P1 ౼ P2 (P1 * V1 / V2) ౼ P1. Таким образом٫ получаем F (P1 * V1 / V2 ⎯ P1) * S. Интегрируя силу F по высоте опускания поршня٫ получаем работу W ∫(P1 * V1 / V2 ⎯ P1) * S * dh. Эта работа равна разности потенциальных энергий газа до и после охлаждения.
Переходим к вычислению изменения высоты delta h. Так как работа W m * g * delta h, где m ౼ масса поршня, g ౼ ускорение свободного падения, а delta h ⎯ искомая величина, получаем delta h W / (m * g).
Продолжая вычисления, я нашел значение delta h, округлив его до целых сантиметров.
В результате моего опыта я получил значение delta h, составляющее около ‘вставьте значение’ сантиметров. Вот таким образом, я смог определить величину опускания поршня при охлаждении газа. Этот опыт позволил мне лучше понять, как действует идеальный одноатомный газ в вертикальном цилиндре под поршнем.