В закрытом сосуде находится идеальный газ. Если средняя квадратичная скорость его молекул увеличится на 10%, на сколько процентов изменится его давление?
Физика 11 класс Температура и давление идеального газа
Давайте разберемся с этой задачей шаг за шагом.
Идеальный газ подчиняется уравнению состояния:
P * V = n * R * T
где P - давление, V - объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная, T - температура. В нашем случае объем V и количество вещества n остаются постоянными, так как сосуд закрыт.
Также мы знаем, что средняя квадратичная скорость молекул газа (v) связана с температурой (T) следующим образом:
v = sqrt(3 * R * T / M)
где M - молярная масса газа. Мы видим, что средняя квадратичная скорость зависит от температуры. Если средняя квадратичная скорость увеличивается на 10%, то мы можем записать это как:
v' = 1.1 * v
Теперь, чтобы найти, как изменится температура, мы можем выразить новую температуру T' через новую скорость v':
v' = sqrt(3 * R * T' / M)
Теперь, подставим v' в это уравнение:
1.1 * v = sqrt(3 * R * T' / M)
Квадратируем обе стороны:
(1.1 * v)² = 3 * R * T' / M
Теперь, подставим выражение для v:
(1.1 * sqrt(3 * R * T / M))² = 3 * R * T' / M
Упрощаем это уравнение:
1.21 * (3 * R * T / M) = 3 * R * T' / M
Сокращаем на (3 * R / M):
1.21 * T = T'
Это означает, что температура увеличилась на 21%. Теперь, вернемся к уравнению состояния газа:
Так как V и n постоянны, и мы знаем, что P пропорционально T, мы можем сказать, что:
P' / P = T' / T
Подставляем T' = 1.21 * T:
P' / P = 1.21
Таким образом, давление увеличится на 21%. Теперь мы можем выразить это в процентах:
Изменение давления = (P' - P) / P * 100% = (1.21P - P) / P * 100% = 0.21 * 100% = 21%
В итоге, если средняя квадратичная скорость молекул идеального газа увеличится на 10%, то давление в сосуде увеличится на 21%.