В некотором процессе 1-2, который проводился с одним молем идеального одноатомного газа, среднеквадратичная скорость молекул газа возросла от u1 = 350 м/с до u2 = 380 м/с. При этом давление p газа в процессе оставалось неизменным, и газ совершил работу A = 292 Дж. Чему равна молярная масса этого газа?
Для решения данной задачи воспользуемся формулой для работы газа в процессе 1-2:
A = n Cv T2−T1T2 - T1T2−T1
где A - работа газа, n - количество молей газа, Cv - молярная теплоемкость при постоянном объеме, T1 и T2 - температуры в начале и в конце процесса.
Также используем формулу для средней кинетической энергии молекул газа:
<u^2> = 3/23/23/2 k T
где <u^2> - среднеквадратичная скорость молекул газа, k - постоянная Больцмана.
Поскольку давление в процессе оставалось постоянным, T1 = u1^2 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k и T2 = u2^2 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k, где m - молярная масса газа.
Подставим значения T1 и T2 в формулу для работы газа:
A = n Cv u22<em>m/(3</em>k)−u12<em>m/(3</em>k)u2^2 <em> m / (3 </em> k) - u1^2 <em> m / (3 </em> k)u22<em>m/(3</em>k)−u12<em>m/(3</em>k)
A = n Cv u22−u12u2^2 - u1^2u22−u12 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k
292 = n Cv 3802−3502380^2 - 350^23802−3502 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k
292 = n Cv 9000 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k
Поскольку d = 3/2 R, где d - удельная газоконстанта, R - удельная газовая постоянная, то n Cv = 3/2 * R.
Таким образом, мы можем выразить молярную массу газа:
292 = 3/2 R 9000 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k
292 = 3/2 R 3000 * m / kkk
292 = R 2000 m / k
m = 292 k / 2000 R
Подставляя значения постоянной Больцмана k = 1.38 10^-23 Дж/К и удельной газовой постоянной R = 8.31 Дж/моль</em>Кмоль</em>Кмоль</em>К, найдем молярную массу газа:
m = 292<em>1.38</em>10−23292 <em> 1.38 </em> 10^-23292<em>1.38</em>10−23 / 2000<em>8.312000 <em> 8.312000<em>8.31 ≈ 2.37 10^-26 кг
Ответ: Молярная масса этого газа примерно равна 2.37 * 10^-26 кг.
Для решения данной задачи воспользуемся формулой для работы газа в процессе 1-2:
A = n Cv T2−T1T2 - T1T2−T1
где A - работа газа, n - количество молей газа, Cv - молярная теплоемкость при постоянном объеме, T1 и T2 - температуры в начале и в конце процесса.
Также используем формулу для средней кинетической энергии молекул газа:
<u^2> = 3/23/23/2 k T
где <u^2> - среднеквадратичная скорость молекул газа, k - постоянная Больцмана.
Поскольку давление в процессе оставалось постоянным, T1 = u1^2 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k и T2 = u2^2 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k, где m - молярная масса газа.
Подставим значения T1 и T2 в формулу для работы газа:
A = n Cv u22<em>m/(3</em>k)−u12<em>m/(3</em>k)u2^2 <em> m / (3 </em> k) - u1^2 <em> m / (3 </em> k)u22<em>m/(3</em>k)−u12<em>m/(3</em>k)
A = n Cv u22−u12u2^2 - u1^2u22−u12 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k
292 = n Cv 3802−3502380^2 - 350^23802−3502 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k
292 = n Cv 9000 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k
Поскольку d = 3/2 R, где d - удельная газоконстанта, R - удельная газовая постоянная, то n Cv = 3/2 * R.
Таким образом, мы можем выразить молярную массу газа:
292 = 3/2 R 9000 m / 3</em>k3 </em> k3</em>k
292 = 3/2 R 3000 * m / kkk
292 = R 2000 m / k
m = 292 k / 2000 R
Подставляя значения постоянной Больцмана k = 1.38 10^-23 Дж/К и удельной газовой постоянной R = 8.31 Дж/моль</em>Кмоль</em>Кмоль</em>К, найдем молярную массу газа:
m = 292<em>1.38</em>10−23292 <em> 1.38 </em> 10^-23292<em>1.38</em>10−23 / 2000<em>8.312000 <em> 8.312000<em>8.31 ≈ 2.37 10^-26 кг
Ответ: Молярная масса этого газа примерно равна 2.37 * 10^-26 кг.