Для определения давления, которое оказывает гелий в сосуде, мы можем использовать уравнение состояния идеального газа, которое выражается как:
\[ PV = nRT \]
где:
- \( P \) — давление газа (в Паскалях),
- \( V \) — объем газа (в кубических метрах),
- \( n \) — количество вещества в молях,
- \( R \) — универсальная газовая постоянная (8 Дж/(моль·К)),
- \( T \) — температура (в Кельвинах).
- Прежде всего, найдем количество вещества гелия. Масса гелия, \( m = 1 \) г, а малярная масса гелия \( M = 4 \times 10^{-3} \) кг/моль. Для перевода массы в килограммы:
\[ m = 1 \, \text{г} = 0.001 \, \text{кг} \]
Теперь можем найти количество вещества:
\[ n = \frac{m}{M} = \frac{0.001 \, \text{кг}}{4 \times 10^{-3} \, \text{кг/моль}} = 0.25 \, \text{моль} \]
- Объем газа \( V \) равен 20 литрам, что необходимо перевести в кубические метры:
\[ V = 20 \, \text{л} = 20 \times 10^{-3} \, \text{м}^3 = 0.02 \, \text{м}^3 \]
- Теперь подставим значение \( n \), \( R \), и \( T \) в уравнение идеального газа и решим его для давления \( P \):
\[ P = \frac{nRT}{V} \]
Подставим известные значения:
- \( n = 0.25 \, \text{моль} \)
- \( R = 8 \, \text{Дж/(моль \cdot К)} \)
- \( T = 273 \, \text{К} \)
- \( V = 0.02 \, \text{м}^3 \)
Теперь можно рассчитать давление:
\[ P = \frac{0.25 \, \text{моль} \cdot 8 \, \text{Дж/(моль \cdot К)} \cdot 273 \, \text{К}}{0.02 \, \text{м}^3} \]
\[ P = \frac{0.25 \cdot 8 \cdot 273}{0.02} \]
\[ P = \frac{546 \, \text{Дж}}{0.02 \, \text{м}^3} = 27300 \, \text{Па} = 27.3 \, \text{кПа} \]
Таким образом, давление, оказываемое гелием в сосуде, составляет 27.3 кПа.