气缸长L=1m,固定在水平面上,气缸中有横截面积S=100cm2的光滑活塞封闭了一定质量的理想气体,当温度t=27℃,大气压强P 0=1×105Pa时,气柱长L0=0.4m.现缓慢拉动活塞,拉力最大值F=500N,求:

问题描述:

气缸长L=1m,固定在水平面上,气缸中有横截面积S=100cm2的光滑活塞封闭了一定质量的理想气体,当温度t=27℃,大气压强P 0=1×105Pa时,气柱长L0=0.4m.现缓慢拉动活塞,拉力最大值F=500N,求:

(1)温度保持不变,能否将活塞从气缸中拉出?
(2)要使活塞从气缸中拉出,气缸中气体温度至少应多少℃?

(1)L1=0.4m,P1=P0=1×105PaT1=273+27=300K
设L有足够长,F达最大值时活塞仍在气缸内.
设此时气柱长L2,气体压强P2,活塞受力平衡P2S+F=P0S⇒P2=P0-

F
S
=1×105-
500
0.1
=0.5×105Pa.
根据气态方程(T1=T2) P1SL1=P2SL2
L2=
p1L1
p2
=0.8m
∴L2<L 所以不能将活塞拉出    
(2)保持F最大值不变,温度升高活塞刚到缸口时 L3=1m,P3=P2
P3L3S
T3
P1L1S
T1

T3
P3L3T1
P1L1
0.5×105×1×300
105×0.4
=375K

t3=375-273=102℃
答:(1)温度保持不变,不能将活塞从气缸中拉出.
(2)要使活塞从气缸中拉出,气缸中气体温度至少应102℃.