Два сосуда одинакового объёма содержат кислород. В одном сосуде давление 2 МПа и температура 600 К. В другом сосуде давление 2,5 МПа и температура 200 К. Сосуды соединили трубкой и охладили до температуры 200 К. Определить установившееся давление в сосудах.
от

1 Ответ

дано:  
объём каждого сосуда V = V.  
в первом сосуде:  
давление P₁ = 2 МПа = 2 * 10^6 Па,  
температура T₁ = 600 K.

во втором сосуде:  
давление P₂ = 2,5 МПа = 2,5 * 10^6 Па,  
температура T₂ = 200 K.

найти:  
установившееся давление P после охлаждения до температуры 200 К.

решение:  
При соединении сосудов и охлаждении системы до одинаковой температуры (200 K), общее количество вещества остаётся постоянным, и можно применить закон Бойля-Мариотта и уравнение состояния идеального газа.

Для каждого сосуда используем уравнение состояния:

P₁ * V / T₁ = n₁ * R,  
P₂ * V / T₂ = n₂ * R.

Так как температура в обоих сосудах одинаковая после охлаждения, можно объединить количества вещества. Подставим уравнение состояния для каждого сосуда:

n₁ = P₁ * V / T₁,  
n₂ = P₂ * V / T₂.

Теперь, в соединённой системе с общей температурой 200 K, общее количество вещества n = n₁ + n₂. Таким образом, общее давление P в обоих сосудах можно выразить как:

P * (2V) / 200 = n₁ + n₂.

Подставим выражения для n₁ и n₂:

P * (2V) / 200 = (P₁ * V / T₁) + (P₂ * V / T₂).

Упростим:

P * 2 / 200 = (P₁ / T₁) + (P₂ / T₂).

Теперь подставим известные значения:

P * 2 / 200 = (2 * 10^6 / 600) + (2,5 * 10^6 / 200).

Посчитаем правую часть:

P * 2 / 200 = (3,33 * 10^3) + (1,25 * 10^4).

P * 2 / 200 = 1,583 * 10^4.

Теперь найдём P:

P = (1,583 * 10^4 * 200) / 2 = 1,583 * 10^4 * 100 = 1,583 * 10^6 Па.

ответ:  
Установившееся давление в сосудах после охлаждения составит 1,583 МПа.
от