Условие задачи:

Из баллона объемом 200 дм³, содержащего гелий при давлении 2 МПа и температуре 273 К, израсходовали часть газа, занявшего при нормальных условиях объем 1 м³. При повторном измерении давления в баллоне получено значение 1,4 МПа. При какой температуре проведено это измерение?

Задача №4.2.71 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

$V=200$ дм³, $p_1=2$ МПа, $T_1=273$ К, $V_0=1$ м³, $p_2=1,4$ МПа, $T_2-?$

Решение задачи:

Запишем три раза уравнение Клапейрона-Менделеев — два раза для двух состояний газа в баллоне и для выпущенного газа при нормальных условиях:

$$\left\{ \begin{gathered} {p_1}V = \nu R{T_1} \;\;\;\;(1)\hfill \\ {p_2}V = \left( {\nu — \Delta \nu } \right)R{T_2} \;\;\;\;(2)\hfill \\ {p_0}{V_0} = \Delta \nu R{T_0} \;\;\;\;(3)\hfill \\ \end{gathered} \right.$$

Из уравнения (2) выразим искомую температуру газа $T_2$:

$${T_2} = \frac{{{p_2}V}}{{\left( {\nu  — \Delta \nu } \right)R}}\;\;\;\;(4)$$

Начальное количество вещества $\nu$ выразим из уравнения (1):

$$\nu  = \frac{{{p_1}V}}{{R{T_1}}}$$

Количество вещества $\Delta \nu$, выпущенное из баллона, выразим из уравнения (3):

$$\Delta \nu  = \frac{{{p_0}{V_0}}}{{R{T_0}}}$$

Тогда формула (4) примет вид:

$${T_2} = \frac{{{p_2}V}}{{\left( {\frac{{{p_1}V}}{{R{T_1}}} — \frac{{{p_0}{V_0}}}{{R{T_0}}}} \right)R}}$$

$${T_2} = \frac{{{p_2}V}}{{\frac{{{p_1}V}}{{{T_1}}} — \frac{{{p_0}{V_0}}}{{{T_0}}}}}$$

$${T_2} = \frac{{{p_2}V{T_0}{T_1}}}{{{p_1}V{T_0} — {p_0}{V_0}{T_1}}}$$

Напомним, что нормальные условия — это давление $p_0$, равное 100 кПа, и температура $T_0$, равная 0° C или 273 К. Переведем объем баллона $V$ в систему СИ:

$$200\;дм^3 = 0,2\;м^3$$

Произведём вычисления:

$${T_2} = \frac{{1,4 \cdot {{10}^6} \cdot 0,2 \cdot 273 \cdot 273}}{{2 \cdot {{10}^6} \cdot 0,2 \cdot 273 — 100 \cdot {{10}^3} \cdot 1 \cdot 273}} = 254,8\;К =  — 18,2^\circ\;C$$

Ответ: -18,2° C.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

4.2.70 В открытом цилиндре находится 90 г газа. Температуру газа увеличили от 300 до 450 К
4.2.72 На рисунке показан график процесса, происходящего с идеальным газом. Укажите точки
4.2.73 На PT-диаграмме изображен замкнутый процесс, который совершает кислород некоторой