Một ống thuỷ tinh, tiết diện nhỏ và đều, chiều dai 2L (mm) đặt thẳng đứng

* Hướng dẫn giải

Đáp án C

Gọi S là tiết diện của ống ở nhiệt độ $T_o$ khí trong nửa dưới của ống có áp suất  

và có thể tích . ở nhiệt độ T mặt ngăn cách khí trong ống và thuỷ ngân nâng lên một đoạn x, ta giả thiết đây là trạng thái cân bằng:

Áp dụng phương trình trạng thái cho lượng khí trong ống:

Suy ra:

Ta hãy xét mối liên hệ giữa T và x theo công thức trên về mặt toán học. Khi  x biến thiên từ 0 đến 1 thì  T biến đổi từ ${T_o}_{}$ qua giá trị cực đại $\frac{9T_o}{8}$ ứng với x = $\frac{L}{2}$  và bằng ${T_o}_{}$ khi x= L . Mỗi giá trị của  ứng với hai giá trị của x đối xứng với nhau qua giá trị $\frac{L}{2}$ . Giá trị nhỏ hơn $\frac{L}{2}$ ứng với trạng thái cân bằng bền (khi T tăng thì x tăng) giá trị của x lớn hơn $\frac{L}{2}$ ứng với cân bằng không bền (khi T tăng thì cột thuỷ ngân bị đẩy hẳn ra ngoài ống).

Bây giờ, xét quá trình vật lí làm nóng ống dần dần từ nhiệt độ ${T_o}_{}$ và khí ở nửa dưới của ống.

Khi nhiệt độ tăng từ ${T_o}_{}$ thì x tăng từ 0, nhiệt độ tăng đến $\frac{9T_o}{8}$ thì x  =  $\frac{L}{2}$

ở vị trí này, cân bằng đã trở thành không bền, khi cho T tăng thêm một lượng cực nhỏ nữa thì cột thuỷ ngân còn lại ở trên khi bị đẩy toàn bộ ra ngoài ống. Quá trình diễn biến không giống như mô tả bởi đoạn đường cong BC trên đồ thị T - x vẽ ở hình