Чтобы решить эту задачу, нужно воспользоваться законом Бойля-Мариотта и уравнением состояния идеального газа. Предположим, что в цилиндре находится идеальный газ, и мы рассматриваем изменение его температуры.
Изначально у нас есть:
- Начальная температура \( T_1 = 7 \) °C = \( 7 + 273 = 280 \) K
- Конечная температура \( T_2 = 7 + 20 = 27 \) °C = \( 27 + 273 = 300 \) K
- Начальный объем (или длина поршня) \( V_1 = 14 \) см.
По уравнению состояния идеального газа, при постоянном количестве вещества, объем газа пропорционален температуре (в абсолютной шкале): \[ \frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2} \]
Отсюда можем выразить конечный объем \( V_2 \): \[ V_2 = V_1 \cdot \frac{T_2}{T_1} = 14 \cdot \frac{300}{280} \]
Теперь производим расчет: \[ V_2 = 14 \cdot \frac{300}{280} = 14 \cdot \frac{15}{14} = 15 \, \text{см}. \]
Таким образом, объем газа увеличится до 15 см. Теперь, чтобы определить, на сколько переместится поршень, произведем следующий расчет: \[ \Delta V = V_2 - V_1 = 15 - 14 = 1 \, \text{см}. \]
Итак, поршень переместится на 1 см при нагревании воздуха на 20 К.