В одном из опытов стали закачивать воздух в стеклянный сосуд, одновременно охлаждая его. При этом температура воздуха в сосуде понизилась в 2 раза, а его давление возросло в 3 раза. Во сколько раз увеличилась масса воздуха в сосуде?Полное решение.
Воспользуемся уравнением состояния идеального газа: $$ PV = nRT $$ где $P$ - давление, $V$ - объем, $n$ - количество вещества, $R$ - универсальная газовая постоянная, $T$ - температура.
Поскольку под давлением и объемом газа в сосуде ничего не меняется, то можно записать: $$ P_1V_1 = nRT_1 $$ $$ P_2V_2 = nRT_2 $$
Где индексы 1 и 2 относятся к начальному и конечному состоянию соответственно.
Из условия задачи известно, что температура воздуха в сосуде понизилась в 2 раза: $$ T_2 = \frac{T_1}{2} $$
Давление же возросло в 3 раза: $$ P_2 = 3P_1 $$
Подставляя эти выражения в уравнение идеального газа, получаем: $$ 3P_1V_2 = nR\left(\frac{T_1}{2}\right) $$ $$ V_2 = \frac{nRT_1}{6P_1} $$
Так как объем газа пропорционален его массе, а количество вещества остается постоянным, то можно записать: $$ \frac{m_2}{m_1} = \frac{V_2}{V_1} = \frac{nRT_1}{6P_1V_1} = \frac{1}{6} $$
Воспользуемся уравнением состояния идеального газа:
$$ PV = nRT $$
где $P$ - давление, $V$ - объем, $n$ - количество вещества, $R$ - универсальная газовая постоянная, $T$ - температура.
Поскольку под давлением и объемом газа в сосуде ничего не меняется, то можно записать:
$$ P_1V_1 = nRT_1 $$
$$ P_2V_2 = nRT_2 $$
Где индексы 1 и 2 относятся к начальному и конечному состоянию соответственно.
Из условия задачи известно, что температура воздуха в сосуде понизилась в 2 раза:
$$ T_2 = \frac{T_1}{2} $$
Давление же возросло в 3 раза:
$$ P_2 = 3P_1 $$
Подставляя эти выражения в уравнение идеального газа, получаем:
$$ 3P_1V_2 = nR\left(\frac{T_1}{2}\right) $$
$$ V_2 = \frac{nRT_1}{6P_1} $$
Так как объем газа пропорционален его массе, а количество вещества остается постоянным, то можно записать:
$$ \frac{m_2}{m_1} = \frac{V_2}{V_1} = \frac{nRT_1}{6P_1V_1} = \frac{1}{6} $$
Итак, масса воздуха в сосуде увеличилась в 6 раз.