Question

（20分）一科學(xué)探險(xiǎn)隊(duì)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(xiǎn)隊(duì)有兩個(gè)膜片，其中一個(gè)能滲透該氣體，另一片只能滲透空氣。試設(shè)計(jì)一個(gè)做工的熱機(jī)。

Answer 1

解析：我們要用到兩個(gè)重要的定律。如果一個(gè)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(dú)占據(jù)相同體積時(shí)的壓強(qiáng)。壓強(qiáng)計(jì)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(jì)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)過程不是循環(huán)過程，我們也不在乎它的效率。

有兩個(gè)膜片就可以實(shí)現(xiàn)上述過程，只要有一個(gè)周圍是真空的氣體源。