Într-un cilindru așezat vertical și închis la ambele capete se află un piston care separă mase egale din același gaz. Pistonul este etanș și se poate deplasa fără frecare. Dacă la temperatura 300 K raportul volumelor celor două mase de gaz este 3 raportul acelorași volume la la temperatura DE 400 K ESTE ?
Raspuns: 2.41
In prima faza(la T’=300k), prsiunea in volumul mare fie P’1 iar in volumul mic P’2. Relatia intre cele doua presiuni va fi ; P’2=P’1+m’.g/S-(1), unde m’ este masa pistoului ,g-este accelera gravitationalatia(g=9,81m/s^2)si S-este aria discului pistonlui. Cilindrul este vertical, cu V1deasupra si V2 dedesubt Legea gazelor perfecte pentru gazul din cele doua volume, va fi ;
P’1.V’1=ÂľRT’-(2)
P’2.V’2=ÂľRT’-(2′) sau ;(P’1.V’1)/(P’2.V’2)=1 sau ;V’1/V’2=3=P’2/P’1->P’2=3P’1=P’1+
m’g/S->m’g/S=2P’1-(3).
Faza doua _SE incalzeste gazul din cele doua volume la T”=400k . VolumulV’1 devine V”1,presiunea P’1 devine P”1, volumul V’2 devineV”2 , P’2 devine P”2 si m’g/S=2P’1 ramane constanta. Relatia intre P”1 siP”2 va fi; P”2=P”1+m’g/S=P”1+2P’1.-(1′).
Conf. legii gazelor perfecte vom avea;
P”1.V”1=ÂľRT”-(4)
P”2.V”2=ÂľRT”-(4′). .Tinand seama de relatiile(1) si(1′) avem;
P’2=3P’1 si P”2=P”1+2P’1=ÂľRT”/V”2=ÂľRT”/V”1+2ÂľRT’/V’1 sau T”/V”2=
T”/V”1+2T’/V’1si cum dimensiunile cilindrului raman aceleasi in cele doua faze vomavea ca V’1+V’2=V”1+V”2. Fie V”1=k.V”2 si V’1=3V’2 , atunci (T”/V”2)*
(1-1/k)=2T’/(3V’2) si 4V’2=(k+1)V”2, deci; 8T’/(3.4V’2)=8T’/(3.(k+1)V”2)=
T”(k-1)/(k.V”2) sau 8T’k=3T”(k^2-1) sau k^2-2k-1=0->k=1+â2=2,41=V”1/V”2