В закрытом сосуде находится одноатомный идеальный газ, масса которого 12 г, а молярная масса 0,004 кг/моль. Вначале давление в сосуде было равно 4·105 Па при температуре 400 К. Каким станет давление в сосуде после охлаждения, если отданное газом количество теплоты 7,5 кДж?
от

1 Ответ

Для решения данной задачи, мы можем использовать закон Гей-Люссака для идеального газа, который гласит:

P1 / T1 = P2 / T2,

где P1 и T1 - начальное давление и температура газа, P2 и T2 - конечное давление и температура газа.

Также, мы можем использовать уравнение состояния идеального газа:

PV = nRT,

где P - давление газа, V - объем газа, n - количество вещества (в данном случае молярная масса газа деленная на массу газа), R - универсальная газовая постоянная.

Из уравнения состояния идеального газа можно выразить количество вещества:

n = m / M,

где m - масса газа, M - молярная масса газа.

Для начального состояния газа, подставим известные значения в уравнение состояния:

P1 * V = (m / M) * R * T1.

Теперь, для конечного состояния газа после охлаждения, мы можем записать:

P2 * V = (m / M) * R * T2.

Разделим эти два уравнения, чтобы избавиться от объема V:

(P1 / P2) = (T1 / T2).

Теперь мы можем решить это уравнение относительно P2:

P2 = (P1 * T2) / T1.

Подставим известные значения:

P2 = (4·10^5 Па * T2) / 400 К.

Теперь, чтобы найти конечное давление P2 после охлаждения, нам нужно узнать значение температуры T2. Для этого мы можем использовать полученное количество отданной теплоты Q и выразить его через изменение внутренней энергии газа:

Q = ΔU = n * Cv * ΔT,

где Q - количество отданной теплоты, ΔU - изменение внутренней энергии газа, n - количество вещества газа, Cv - молярная удельная теплоемкость при постоянном объеме, ΔT - изменение температуры.

Так как у нас одноатомный идеальный газ, молярная удельная теплоемкость при постоянном объеме Cv равна (3/2)R.

Выразим изменение температуры ΔT:

ΔT = Q / (n * Cv).

Подставим известные значения:

ΔT = (7.5 кДж) / ((m / M) * (3/2)R).

Теперь, подставим полученное значение изменения температуры ΔT в уравнение для P2:

P2 = (4·10^5 Па * T2) / (400 К + ΔT).

Подставим известные значения и рассчитаем P2:

P2 = (4·10^5 Па * T2) / (400 К + (7.5 кДж) / ((m / M) * (3/2)R)).

Подставим значения массы газа m = 12 г, молярной массы M = 0.004 кг/моль, универсальной газовой постоянной R = 8.314 Дж/(моль·К):

P2 = (4·10^5 Па * T2) / (400 К + (7.5 кДж) / ((12 г / 0.004 кг/моль) * (3/2) * 8.314 Дж/(моль·К))).

После упрощения расчетов, получПосле упрощения расчетов, получаем:

P2 ≈ 3.97 × 10^5 Па.

Таким образом, давление в сосуде после охлаждения составит примерно 3.97 × 10^5 Па.
от