Для решения задачи используем закон Бойля — Мариотта, который является частным случаем уравнения состояния идеального газа. Этот закон описывает взаимосвязь между давлением, объемом и температурой газа. Формула для расчета выглядит так:
\[ P_1 \cdot V_1 / T_1 = P_2 \cdot V_2 / T_2 \]
Где:
- \( P_1 \), \( V_1 \), \( T_1 \) — начальные давление, объем и температура газа соответственно.
- \( P_2 \), \( V_2 \), \( T_2 \) — конечные давление, объем и температура газа соответственно.
Даны:
- \( P_1 = 10^5 \) Па
- \( V_1 = 2 \) л
- \( T_1 = 15^\circ C = 15 + 273 = 288 \) K
- \( V_2 = 4 \) л
- \( T_2 = 20^\circ C = 20 + 273 = 293 \) K
Необходимо найти \( P_2 \).
Подставим известные значения в уравнение:
\[ P_1 \cdot \frac{V_1}{T_1} = P_2 \cdot \frac{V_2}{T_2} \]
Из этого уравнения выразим \( P_2 \):
\[ P_2 = P_1 \cdot \frac{V_1}{T_1} \cdot \frac{T_2}{V_2} \]
Теперь подставим значения:
\[ P_2 = 10^5 \cdot \frac{2}{288} \cdot \frac{293}{4} \]
Рассчитаем:
\[ P_2 = 10^5 \cdot \frac{2 \cdot 293}{288 \cdot 4} \]
\[ P_2 = 10^5 \cdot \frac{586}{1152} \]
Рассчитаем дальше:
\[ P_2 \approx 10^5 \cdot 0.5087 \]
\[ P_2 \approx 50870 \, \text{Па} \, (или \, 50.87 \, \text{кПа}) \]
Таким образом, при объемах 2 л и 4 л и изменении температуры с 15°C до 20°C, давление воздуха снизится примерно до 50.87 кПа.