Для решения задачи воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона для изобарного процесса:

(P_1 V_1 / T_1 = P_2 V_2 / T_2)

Так как процесс изобарный, то (P_1 = P_2 = P), где (P) - давление газа. Также из условия задачи известно, что (V_2 = 4 * V_1), (T_1 = 0°C = 273K).

Из уравнения получаем (V_1 / T_1 = 4 V_1 / T_2), откуда (T_2 = 4 T_1 = 1092K).

Теперь можем посчитать работу газа при его расширении:

(W = P (V_2 - V_1) = P (4 V_1 - V_1) = 3 P * V_1)

Так как известно, что (P V = n R T), где (n) - количество вещества газа, (R) - универсальная газовая постоянная, то можно выразить (P V) через (T) и увидеть, что (P V / T = n R = константа). Это означает, что изменение внутренней энергии газа равно нулю, так как это идеальный газ.

Как следствие, количество теплоты, сообщенное газу, равно работе газа при его расширении:

(Q = W = 3 P V_1).

Так как (P = n R T / V), то можно записать (Q = 3 (n R T / V_1) V_1 = 3 n R * T).

Учитывая, что (n = m / M), где (m) - масса гелия, (M) - молярная масса гелия, подставляем все данные и получаем окончательный ответ.