(20分)一科學(xué)探險隊因船只失事流落荒島。他們沒有能源,卻發(fā)現(xiàn)了一種惰性氣體源。這種氣體比空氣重,其壓強(qiáng)與溫度同周圍的大氣相等。探險隊有兩個膜片,其中一個能滲透該氣體,另一片只能滲透空氣。試設(shè)計一個做工的熱機(jī)。
解析:我們要用到兩個重要的定律。如果一個容器中裝著氣體混合物,則每種氣體的分壓強(qiáng)等于這種氣體在同樣溫度下單獨占據(jù)相同體積時的壓強(qiáng)。壓強(qiáng)計在混合氣體中讀出的是各分壓強(qiáng)之和。如果一膜片對某一氣體是可滲透的,則在膜片兩側(cè)該氣體的分壓強(qiáng)相等。我們設(shè)計這樣的熱機(jī)(見圖)對惰性氣體能滲透的那張膜片裝在管子里,這個管子把氣源與活塞下面的圓筒連通。對空氣能滲透的那張膜片裝在圓筒底部。在活塞下部總有同樣的一個大氣壓壓強(qiáng),因而空氣對所做的功來說是沒有關(guān)系的。首先,打開管中的閥門1,導(dǎo)通可滲透氣體的膜片。膜片兩側(cè)氣體的分壓強(qiáng)將相等,于是活塞下部也有這一分壓強(qiáng)。結(jié)果圓筒內(nèi)總壓強(qiáng)將達(dá)到二個大氣壓,活塞上升做功。關(guān)閉閥門1可停止活塞的上升運(yùn)動,然后打開閥門2,活塞回到初始位置而不做功。
如果圓筒導(dǎo)熱良好,且過程足夠緩慢,則上述過程是等溫的,做功等于
這個過程不是循環(huán)過程,我們也不在乎它的效率。
有兩個膜片就可以實現(xiàn)上述過程,只要有一個周圍是真空的氣體源。
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