Một ống thuỷ tinh, tiết diện nhỏ và đều, chiều dai 2L(mm) đặt thẳng đứng, đáy ở phía dưới. Nửa dưới của ống chứa khí ở nhiệt độ To, còn nửa trên chứa đầy thuỷ ngân. Phải làm nóng khi trong ống đến nhiệt độ thấp nhất là bao nhiêu để tất cả thuỷ ngân bị đẩy ra khỏi ống? Biết áp suất khí quyển bằng L(mm) thuỷ ngân

Đáp án C

Gọi S là tiết diện của ống ở nhiệt độ To 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 To qua giá trị cực đại 9To8 ứng với x = L2  và bằng To khi x= L . Mỗi giá trị của  ứng với hai giá trị của x đối xứng với nhau qua giá trị L2 . Giá trị nhỏ hơn L2 ứng với trạng thái cân bằng bền (khi T tăng thì x tăng) giá trị của x lớn hơn L2 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 To và khí ở nửa dưới của ống.

Khi nhiệt độ tăng từ To thì x tăng từ 0, nhiệt độ tăng đến 9To8 thì x  =  L2

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