Масса молекулы водорода (H₂) равна примерно 2,016 атомных единиц массы (а.е.м.), или 2,016 г/моль. Это значение основывается на том, что масса одного атома водорода приблизительно равна 1 а.е.м., и так как молекула водорода состоит из двух атомов, учитывается удвоение массы.
Чтобы определить объем баллона, используем уравнение состояния идеального газа:
\[ PV = nRT \]
где:
- \( P \) — давление (в Паскалях),
- \( V \) — объем (в кубических метрах),
- \( n \) — количество вещества (в молях),
- \( R \) — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/(моль·К)),
- \( T \) — температура (в Кельвинах).
Сперва преобразуем температуру из градусов Цельсия в Кельвины:
\[ T = 47 + 273,15 = 320,15 \, К \]
Теперь найдем количество вещества \( n \):
\[ n = \frac{m}{M} = \frac{3 \, \text{кг}}{16 \times 10^{-3} \, \text{кг/моль}} = 187,5 \, \text{моль} \]
Теперь подставим известные значения в уравнение состояния газа. Давление \( P = 8 \times 10^5 \, \text{Па} \):
\[ 8 \times 10^5 \, V = 187,5 \times 8,314 \times 320,15 \]
Теперь вычислим правую часть уравнения:
\[ 187,5 \times 8,314 \times 320,15 \approx 4981539,75 \, \text{Дж} \]
Теперь найдем объем \( V \):
\[ V = \frac{4981539,75}{8 \times 10^5} \approx 6,226 \, \text{м}^3 \]
Таким образом, объем баллона составляет примерно \( 6,226 \, \text{м}^3 \).