Logo
Logo

Расширение воды

Одним ранним осенним утром, когда температура воздуха составляла $4.0~{}^{\circ}C$, специальный работник отправился в экспериментальный парк, чтобы долить воду в цилиндрический сосуд из нержавеющей стали, предназначенный для хранения дистиллированной воды и имеющий внутренний диаметр и высоту $2.00~м$. Стенки сосуда имеют хорошую теплопроводность. Снаружи сосуда находится прозрачный цилиндрический столбик для наблюдения за уровнем воды с внутренним диаметром $4.00~см$. Его нижняя часть соединена с сосудом тонкой короткой трубкой, а верхняя часть открывается в атмосферу.

После добавления воды работник покрыл её поверхность слоем лёгкой плёнки, препятствующей испарению (она нерастворима в воде и может перемещаться без трения о стенки сосуда) и закрыл наливное отверстие. По шкале столбика для наблюдения высота воды в этот момент составляла $1.00~м$. К полудню температура воздуха медленно поднялась до $24~{}^{\circ}C$). Количество воды за это время не изменилось, а тепловым расширением материала сосуда и столбика можно пренебречь.

1 Найдите показания $l_1$ по шкале столбика для наблюдения в это время.

2 Какую работу $W$ за всё это время совершает воздух в сосуде? Какая теплота $\Delta Q$ к была к нему подведена? Чему равна теплоёмкость $C$ воздуха в сосуде?

$\textit{Известно, что:}$

— давление воздуха вне резервуара постоянно и равно $p_0=1.01\cdot10^5~Па$;
— плотность воды при $4.0^{\circ}C$ равна $\rho_0=1.00\cdot10^3~\frac{кг}{м^3}$;
— среднее значение коэффициента теплового расширения воды $\kappa=3.03\cdot10^{-4}~К^{-1}$;
— ускорение свободного падения $g=9.80~\fracм{с^2}$;
— $0~К=-273.15~{}^{\circ}C$.