Question

（20分）一科学探险队因船只失事流落荒岛。他们没有能源，却发现了一种惰性气体源。这种气体比空气重，其压强与温度同周围的大气相等。探险队有两个膜片，其中一个能渗透该气体，另一片只能渗透空气。试设计一个做工的热机。

Answer 1

解析：我们要用到两个重要的定律。如果一个容器中装着气体混合物，则每种气体的分压强等于这种气体在同样温度下单独占据相同体积时的压强。压强计在混合气体中读出的是各分压强之和。如果一膜片对某一气体是可渗透的，则在膜片两侧该气体的分压强相等。我们设计这样的热机（见图）对惰性气体能渗透的那张膜片装在管子里，这个管子把气源与活塞下面的圆筒连通。对空气能渗透的那张膜片装在圆筒底部。在活塞下部总有同样的一个大气压压强，因而空气对所做的功来说是没有关系的。首先，打开管中的阀门１，导通可渗透气体的膜片。膜片两侧气体的分压强将相等，于是活塞下部也有这一分压强。结果圆筒内总压强将达到二个大气压，活塞上升做功。关闭阀门１可停止活塞的上升运动，然后打开阀门２，活塞回到初始位置而不做功。

如果圆筒导热良好，且过程足够缓慢，则上述过程是等温的，做功等于

这个过程不是循环过程，我们也不在乎它的效率。

有两个膜片就可以实现上述过程，只要有一个周围是真空的气体源。