При повышении температуры газа на 100 К средняя квадратичная скорость его молекул возросла от 300 м/с до 500 м/с. На сколько еще надо поднять температуру, чтобы средняя квадратичная скорость возросла до 700 м/с?
от

1 Ответ

дано:  
начальная средняя квадратичная скорость V1 = 300 м/с  
новая средняя квадратичная скорость V2 = 500 м/с  
изменение температуры dT1 = 100 К  

найти:  
дополнительное изменение температуры dT2, необходимое для достижения средней квадратичной скорости V3 = 700 м/с.  

решение:  
Средняя квадратичная скорость молекул газа связана с температурой следующим образом:

V = k * sqrt(T),  

где k - константа, зависящая от массы молекул.

Исходя из этого, можем записать выражения для двух состояний (1 и 2):

V1 = k * sqrt(T1)  
V2 = k * sqrt(T2)  

Изменение температуры от T1 до T2 при изменении скорости от V1 до V2 происходит при повышении температуры на 100 К:

T2 = T1 + dT1.  

Теперь подставим значения скоростей:

(500)^2 = k^2 * T2  
(300)^2 = k^2 * T1.  

В отношении этих двух уравнений мы можем выразить T2 и T1 через k:

T2 = (500^2 / k^2)  
T1 = (300^2 / k^2).  

Подставляем T2 в выражение для изменения температуры:

dT1 = T2 - T1   
dT1 = (500^2 / k^2) - (300^2 / k^2)  
dT1 = (250000 - 90000) / k^2  
dT1 = 160000 / k^2.  

Поскольку dT1 известно и равно 100 К:

100 = 160000 / k^2.  

Отсюда получаем:

k^2 = 1600  
k = 40.  

Теперь найдем T1:

T1 = (300^2 / 40^2) = 2250 / 1600 = 1.40625 K.  

Теперь определим T2:

T2 = T1 + 100 = 1.40625 + 100 = 101.40625 K.  

Для получения третьего состояния с V3 = 700 м/с:

(700)^2 = k^2 * T3  
T3 = (700^2 / 40^2).  

Подставляя k:

T3 = 490000 / 1600 = 306.25 K.  

Теперь определим, на сколько нужно поднять температуру:

dT2 = T3 - T2 = 306.25 - 101.40625 = 204.84375 K.  

ответ:  
необходимо поднять температуру еще примерно на 204.84 К, чтобы средняя квадратичная скорость возросла до 700 м/с.
от