МКТ — Задание 24 ЕГЭ по физике №00016868
МКТ
№2. Задание 24
ID: 00016868
Школьный класс имеет размеры пола 8 м ×12 м и высоту потолка 4,5 м. Осенью при атмосферном давлении 740 мм рт. ст. температура в классе равнялась 18 °C, а зимой, после похолодания и включения отопления температура повысилась до 24 °C при давлении 765 мм рт. ст. На сколько изменилось число молекул азота в классе? В воздухе содержится 78% азота по объёму. Молярная масса воздуха равна 29 кг/кмоль, объёмом учителя, учеников, мебели и учебных пособий можно пренебречь.
Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
$a\times b=8\times12$ м, $\;h=4{,}5$ м; $\;p_1=740$ мм рт. ст., $\;t_1=18\,^\circ\text{C}=291$ К; $\;p_2=765$ мм рт. ст., $\;t_2=24\,^\circ\text{C}=297$ К; доля азота по объёму $x=0{,}78$; $\;1$ мм рт. ст. $=133{,}3$ Па; $\;k=1{,}38\cdot10^{-23}$ Дж/К.
Найти:
$\Delta N$ — на сколько изменилось число молекул азота.
Решение:
Комната — как открытая коробка фиксированного объёма: воздух свободно входит и выходит, поэтому давление в ней равно уличному, а вот количество молекул внутри меняется. Сосчитаем молекулы «до» и «после» и возьмём разницу. Доля азота по объёму для идеального газа равна доле по числу молекул, поэтому азота всегда ровно $78\%$ от всех молекул воздуха.
Объём комнаты постоянен: $V=8\cdot12\cdot4{,}5=432\ \text{м}^3$.
Полное число молекул воздуха найдём из уравнения $pV=NkT$, то есть $N=\dfrac{pV}{kT}$. Тогда число молекул азота $N_{\text{N}_2}=x\dfrac{pV}{kT}$. Изменение:
$\Delta N=x\,\dfrac{V}{k}\left(\dfrac{p_2}{T_2}-\dfrac{p_1}{T_1}\right).$
Переведём давления в паскали: $p_1=740\cdot133{,}3\approx9{,}87\cdot10^{4}$ Па, $p_2=765\cdot133{,}3\approx1{,}02\cdot10^{5}$ Па. Считаем скобку:
$\dfrac{p_2}{T_2}-\dfrac{p_1}{T_1}=\dfrac{1{,}0199\cdot10^{5}}{297}-\dfrac{0{,}9866\cdot10^{5}}{291}\approx343{,}4-339{,}1=4{,}3\ \dfrac{\text{Па}}{\text{К}}.$
Теперь подставляем всё:
$\Delta N=0{,}78\cdot\dfrac{432}{1{,}38\cdot10^{-23}}\cdot4{,}3\approx1{,}07\cdot10^{26}.$
Число молекул азота выросло примерно на $1{,}07\cdot10^{26}$. Хотя на улице потеплело (молекулы «хотят» разбежаться), одновременно подросло давление — и вместе они слегка поджали воздух, так что молекул в классе стало больше.
Ответ
$\Delta N\approx1{,}07\cdot10^{26}$ (число молекул азота увеличилось)
Другие задания по теме «МКТ» (8)
- Задание 24 №00043180 — Сосуд объёмом 8 л содержит смесь водорода и гелия общей массой 2 г при давлении…
- Задание 24 №00043179 — Сосуд объёмом 12 л содержит смесь водорода и гелия общей массой 2 г при…
- Задание 24 №00026545 — В вольфрамовом цилиндре под поршнем водород при атмосферном давлении и…
- Задание 24 №00026542 — Сосуд с воздухом, отделённым от атмосферы поршнем, поместили в кастрюлю с водой…
- Задание 24 №00026540 — Закрытый вертикальный цилиндрический сосуд, заполненный идеальным газом,…
- Задание 24 №00026534 — В открытой пробирке, вращающейся в горизонтальной плоскости с угловой скоростью…
- Задание 24 №00026529 — В цилиндр объёмом 0,5 м³ закачивается воздух со скоростью 0,002 кг/с. В верхнем…
- Задание 24 №00022539 — В горизонтальной трубке, запаянной с одного конца, помещена ртуть. Столбик…