Концепция барометра

Мой вопрос основан на концепции барометра.

В) Чтобы построить барометр, трубку длиной 1 м полностью наполняют ртутью и переворачивают в ртутную чашку. Показания барометра в определенный день составляют 76 см. Предположим, что трубка длиной 1 м заполнена ртутью до высоты 76 см, а затем закрыта пробкой. Его переворачивают в ртутную чашку и удаляют пробку. Высота столбика ртути в трубке над поверхностью в чашке будет

А) ноль

Б) 76см

В) > 76 см

Г) <76см

Дан ответ D) <76 см, и когда я также проверил в Интернете, многие источники говорили то же самое. Однако я не могу понять, что на самом деле здесь происходит. Я знаю о работе барометра. В обычном сценарии барометра без каких-либо настроек вы наполняете ДЛИННУЮ трубку (в данном случае 1 м) ПОЛНОСТЬЮ ртутью, закрываете горловину так, чтобы ВОЗДУХ не поступал, затем переворачиваете ее в чашку с ртутью. При погруженном устье трубки временная заглушка удаляется. Замечено, что уровень ртути в трубке падает до точки, где гравитационная сила массы ртути в ТРУБКЕ УБАЛАНСИРУЕТ направленную вверх силу на устье трубки, которая есть не что иное, как сила, вызванная атмосферным давлением, поскольку атмосферное давление действует на поверхность ртути на чашке, а так как рот находится на одном горизонтальном уровне, давление во рту равно АТМОСФЕРНОМУ ДАВЛЕНИЮ. Таким образом, уровень ртути в трубке падает до тех пор, пока вес массы ртути, оставшейся в трубке, не уравновешивается восходящей силой из-за АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ. Так как область над ПОВЕРХНОСТЬЮ ртути в трубке вакуумная, то можно написать

                               P = 0 + ρ g h

где ρ — плотность ртути, h — высота столба ртути, а P — атмосферное давление.

Но теперь, согласно вопросу, остальную часть трубки БУДЕТ ЗАНИМАТЬ ВОЗДУХ, так как только 76 см из 100 см заполнены ртутью. Теперь мой вопрос: ПОЧЕМУ ЭТО НЕ АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ? Если бы трубку предоставили самой себе, мы бы сказали, что давление, действующее на поверхность ртути, равно атмосферному давлению. Если мы закроем рот пробкой, ПОЧЕМУ ЭТО ИЗМЕНИТСЯ? Почему давление на поверхности ртути не будет атмосферным? Мой второй вопрос: ЕСЛИ ЭТО АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ; жидкость будет в равновесии и не будет двигаться, КОГДА ВЫСОТА РТУТНОГО СТОЛБА УПАДАЕТ ДО 0, ПРАВИЛЬНО? С

                                 P = P + ρ g h

будет означать h=0.

Итак, как мне это проанализировать? Почему давление у поверхности ртути не равно атмосферному? Что это будет? Можем ли мы предсказать, что это будет? Каким будет ответ D) < 76 см? Я хочу прояснить свою концепцию, которую я только что упомянул выше, а затем понять, как ответ D)

Ответы (1)

Для начала представьте, что у вас есть поршень, наполненный воздухом при атмосферном давлении:

Поршень воздушный

Теперь представьте, что вы тянете поршень вниз с некоторой силой. Ф . Это тянет поршень вниз и, поскольку это увеличивает объем воздуха в поршне, снижает его давление до уровня менее одной атмосферы. Давление п будет уменьшаться, пока не уравновесит приложенную силу, поэтому мы получим:

Ф А "=" п банкомат − п

где А это площадь поршня.

В вашем эксперименте столбик ртути тянет вниз точно так же, как сила на моей диаграмме:

Меркурий

Ртутный столб хотел бы упасть обратно до уровня ртути вокруг него, и удерживает его пониженное давление воздуха внутри столба. Мы получим аналогичное уравнение для нашего поршня:

р г час "=" п банкомат − п

где р это плотность ртути. Левая сторона, р г час сила, тянущая вниз воздух (деленная на площадь поршня).

Спасибо за ответ. Я понял ваше объяснение. Я хотел бы еще раз уточнить: изначально давление в пространстве над ним и есть атмосферное давление. Силы, действующие на ртуть, равны: 1. Mg, где M — начальная масса трубки; или также я могу сказать ρ gh, где h — начальная высота столбца. Эта сила действует вниз 2. Сила атмосферного давления направлена ​​вверх. 3. Сила атмосферного давления вниз. 2 и 3 уравновешивают друг друга и, следовательно, 1 приводит к падению столбца.
Теперь давление в пространстве над ртутью меньше атмосферного давления, и равновесие достигается при Mg (где M — новая масса ртути, меньшая исходной массы в ртутном столбе) + P*A (где P меньше атмосферное давление) = (Атмосферное давление) * A, где A — площадь поперечного сечения трубы. Или, как вы сказали, ρ gh (где h — новая высота столбца) = P + атмосферное давление.
Итак, анализ просто разбит на одну маленькую вещь. Первоначально давление над ртутью в трубке равно атмосферному давлению, но по мере падения столба и увеличения объема над ртутью давление уменьшается и становится меньше атмосферного давления, что является следствием закона Бойля. Это правильно да?
@ Ола, да, у тебя правильное объяснение :-)
Концепция барометра
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v