К изопроцессам. Адиабатический процесс

Адиабатический процесс – это процесс, протекающий в системе, которая не обменивается теплотой с окружающей средой (δQ = = 0.) Следовательно, , или .

Уравнения Пуассона:

; ; ; .

Работа газа при изопроцессах:

1) изобарический процесс (р = const)

;

2) изотермический процесс (Т =const)

, , ;

3) адиабатический процесс

или

,

где – показатель адиабаты.

Энтропия. Второе начало термодинамики.

Круговой процесс. Цикл Карно

Термический коэффициент полезного действия цикла

,

где Q₁ – теплота, полученная рабочим теломот нагревателя; Q₂ – теплота, переданная рабочим телом охладителю.

Термический коэффициент полезного действия цикла Карно

,

где T₁ и T₂ – термодинамические температурынагревателя иохладителя соответственно.

Энтропия термодинамической системы может быть вычислена по формуле Больцмана:

,

где S – энтропия; W – термодинамическая вероятность состояния системы; k – постоянная Больцмана.

Приращение энтропии в процессах идеального газа

, ,

где А и В – пределы интегрирования, соответствующие начальному и конечному состояниям системы.

Механика жидкостей

Коэффициент поверхностного натяжения жидкости равен

или

где F – сила поверхностного натяжения, действующая на контур, ограничивающий поверхность жидкости; DE – изменение свободной поверхностной энергии пленки жидкости, связанное с изменением площади ΔS поверхности этой пленки.

Формула Лапласа (выражает давление p, создаваемое сферической поверхностью жидкости)

,

где R – радиус сферической поверхности.

Высота подъема жидкости в капиллярной трубке

,

где J – краевой угол (J = 0 при полном смачивании стенок трубки жидкостью; J = p при полном несмачивании); R – радиус канала трубки; r – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

Высота подъема жидкости между двумя близкими и параллельными друг другу плоскостями равна

,

где d – расстояние между плоскостями.

Примеры решения задач

Задача 2.1.Найти импульс mu молекулы водорода при температуре Т = 300 К. Скорость молекулы считать равной средней квадратичной скорости.

Дано: m = 0,002 кг/моль NA=6,02×1023 моль -1 Т = 300 К υ = <υкв>	СИ
mυ = ?

Решение.

Масса молекулы водорода

где m– молярная масса, для водорода m = 0,002 кг/моль; N_A– постоянная Авогадро, N_A = 6,02×10²³ моль ^-1 .

Средняя квадратичная скорость молекулы

.

Импульс молекулы равен:

.

Ответ: .

Задача 2.2. Определить наиболее вероятную скорость молекул газа, плотность которого при давлении 45кПа составляет 0,38 кг/м³.

Дано: р = 45 к Па r = 0,38 кг/м3	СИ 4,5×104 Па
υв = ?

Решение.

1. Наиболее вероятная скорость молекул газа равна

, (1)

где m– молярная масса, R – молярная газовая постоянная.

2. Плотность газа равна

, (2)

3. Запишем уравнение Менделеева–Клапейрона

,

откуда с учетом (2) получим

. (3)

4. Подставим (3) в (1), получим

. (4)

5. Подставим в (4) числовые значения:

.

Ответ: υ_в = 486,67 м/с.

Задача 2.3.Азот массой m = 7 г при температуре Т₁ = 290 К находится под давлением р₁ = 0,1 МПа. Вследствие изобарного нагревания азот занял объем V₂= 10 л. Найти: 1) объем V₁ газа до расширения; 2) температуру t₂ газа после расширения; 3) плотности газа до и после расширения.

Дано: µ = 2,8·10-2 кг/моль m = 7·10-3 кг р1 = 105 Па = const T1 = 290 К V2 = 10 л р2 = р1	СИ     10-2 м3
V1 = ?; t2 = ?; ρ1 = ?; ρ2 = ?

Решение.

1. Найдем объем газа до расширения, используя уравнение Менделеева–Клапейрона:

,

отсюда

. (1)

2. Записав уравнение Менделеева–Клапейрона для конечного состояния, найдем температуру Т₂:

, ,

тогда

(2)

3. Подставим в (1), (2) числовые значения

;

.

4. Плотности газа до и после расширения равны, соответственно:

, . (3)

5. Подставим в (3) числовые значения:

, .

Ответ: V₁ = 6,02 л; t₂ = 208 °С; ρ₁ = 1,16 кг/м³; ρ₂ = 0,7 кг/м³.

Задача 2.4.В баллоне объемом V = 15 л находится аргон под давлением р₁= 600 кПа и температуре Т₁= 300 К. Когда из баллона было взя­то некоторое количество аргона, давление в баллоне понизилось до р₂= 400 кПа. Температура в баллоне понизилась до Т₂= = 270 К. Определить массу Dm аргона, взятого из баллона.

Дано: m = 40 г/моль V = 15 л р1= 600 кПа Т1= 300 К р2= 400 кПа Т2= 270 К	СИ 40×10-3 кг/моль 15 м3 6∙105 Па   4∙105 Па
Dm = ?

Решение:

1.Запишем уравнением Менделеева–Клапейрона для начального и конечного состояния газа:

(1)

(2)

где m– молярная масса аргона, R – молярная газовая постоянная, R = 8,31 Дж/К×моль.

2. Выразим из (1) и (2) массу аргона в начальном и конечном состояниях, учитывая, что V₁ = V₂= V:

.

3. Найдем искомую массу Dm:

Ответ: Dm = 37,5 г.

Задача 2.5.В сосуде вместимостью V = 0,3 л при температуре Т = 290 К находится некоторый газ. Считая температуру газа постоянной, Найти, на сколько понизится давление газа в сосуде, если из него из-за утечки выйдет ΔN = 10¹⁹ молекул?

Дано: T = 290 К V = 0,3 л ΔN = 1019	СИ   3·10-4 м3
Δр = ?

Решение:

1. Запишем уравнения Менделеева–Клапейрона для начального (до утечки) и конечного (после утечки) состояний газа:

, (1)

, (2)

2. Выразим из уравнений (1) и (2) давления р₁ и р₂ и изменение давления Δр:

. (3)

3.Так как , то число молей газа, вытекших из сосуда:

. (4)

4. С учетом (4) получим из уравнения (3)

. (5)

5. Учитывая, что R = kN_A, получим из (5) окончательно

. (6)

6. Подставим в (6) числовые значения:

Ответ: ΔР = 133,4 Па.

Задача 2.6.Пылинки массой m = 10^{-21 кг взвешены в воздухе. Определить толщину слоя воздуха, в пределах которого концентрация пылинок различается на 1 % ( ). Считать, что температура во всех слоях воздуха одинаковая и равна Т = 300 К.}

Дано: m = 10-21 кг Т = 300 К	СИ   0,2 м
∆h = ?

Решение:

1. Поскольку концентрация пылинок равномерно изменяется с высотой h, применим формулу Больцмана

,

где U – потенциальная энергия частиц, U = = mgh; k – постоянная Больцмана, k = = 1,38×10^-23 Дж/К. В итоге получим

. (1)

2. По условию задачи Dn << n ( ), поэтому заменим изменение концентрации Dn на дифференциал dn. Продифференцируем (1) по h:

.

3. Так как , то получим

. (2)

4. Выразим из (2) искомую толщину слоя:

. (3)

5. Знак минус в (3) показывает, что с увеличением высоты (dh > 0), концентрация молекул падает, поэтому Dn < 0. Опустим знак минус (в данной задаче он не существенен) и заменим дифференциалы конечными приращениями:

. (4)

6. Подставим в (4) числовые значения:

Ответ:

Задача 2.7.В сосуде объемом V = 2 л находятся масса m₁ = 6 г углекислого газа (СО₂) и масса m₂ = 5 г закиси азота (N₂О) при температуре t = 127 °С. Найти давление смеси в сосуде.

Дано: V = 2 л m1 = 6 г µ1 = 4,4·10-2 кг/моль m2 = 5 г µ2 = 4,4·10-2 кг/моль t = 127 °С	СИ 2 м3 6∙10-3 кг   5∙10-3 кг   400 К
рсм = ?

Решение.

1. Согласно закону Дальтона давление смеси газов р_см в сосуде равно сумме парциальных давлений:

. (1)

2. Из уравнения Менделеева–Клапейрона вычислим парциальные давления каждого газа:

, , (2)

, (3)

3. Подставим (2) и (3) в (1):

(4)

4. Подставим в (4) числовые значения:

Ответ:р_см = 415 кПа.

Задача 2.8. Кислород массой 320 г нагревают при постоянном давлении от 300 до 310 К. Определить количество теплоты, поглощенное газом, изменение внутренней энергии и работу расширения газа.

Дано: m= 320 г T1 = 300 К T2 = 310 К	СИ 0,32 кг
Q = ? ΔU = ? A = ?

Решение.

1. Количество теплоты, необходимое для нагревания газа при постоянном давлении, определим из первого начала термодинамики:

, (1)

где С_р – молярная изобарная теплоемкость, , где i = 5 для кислорода как двухатомного газа; m– молярная масса газа, m= 32 г/моль = .

2. Подставляя в (1) числовые значения, получим

.

3. Изменение внутренней энергии газа

. (2)

4. Подставляя числовые значения и учтя, что , получим

5. Работа расширения газа при изобарном процессе:

, (3)

где .

6. Изменение объема газа при расширении можно найти из уравнения Менделеева–Клапейрона. Для двух состояний газа при изобарном процессе имеем:

(4)

. (5)

7. Вычитая почленно (5) из (4), получим:

(6)

8. Подставляя (6) в (3), находим:

. (7)

9. Подставим в (7) числовые значения:

А = .

Ответ: Q = 2908,5Дж, ΔU = 2080Дж, A = 830 Дж.

Задача 2.9.Молярная масса некоторого газа m= 0,03 г/моль, отношение удельных теплоемкостей с_р/с_V = 1,4. Найти удельные теплоемкости с_р и с_V.

Дано: m= 0,03 г/моль	СИ
ср = ? сV = ?

Решение.

1. Удельные теплоемкости с_р и с_V определяются по формулам:

, (1)

, (2)

где m– молярная масса газа; С_р , С_V – молярные теплоемкости.

2. Выразим из (1) и (2) молярные теплоемкости:

, (3)

. (4)

3. Связь между молярными теплоемкостями (уравнение Майера)

, (5)

где R – универсальная газовая постоянная.

4. Подставим (3), (4) в (5) и учтем, что или :

,

,

,

, (6)

. (7)

5. Подставим в (6) и (7) числовые значения:

Ответ: ,

Задача 2.10.Объем V₁= 7,5 л кислорода адиабатически сжимается до объема V₂= 1 л. В конце сжатия устанавливается давление р₂= 1,6 МПа. Под каким давлением находился газ до сжатия?

Дано: V1= 7,5 л V2= 1 л р2= 1,6 МПа	СИ 7,5∙10-3 м3 1,0∙10-3 м3 1,6∙106 Па
р1 = ?

Решение.

1. Согласно уравнению Пуассона

. (1)

гдеg – показатель адиабаты.

Поскольку кислород – двухатомный газ, то для кислородаg = 1,4.

2. Выразим из (1) давление р₁:

(2)

3. Подставим в (2) числовые значения:

Ответ: р₁ = 95,29 кПа.

Задача 2.11.Кислородмассой1 г нагревается от Т₁ = 283 К до Т₂ = 333 К различными способами: а) при р = const; б) при V = = const; в) при ΔQ = 0. Определить изменение внутренней энергии кислорода при его нагревании от Т₁ до Т₂. Газ считать идеальным. Проверить для указанных процессов теоретическое положение о том, что изменение внутренней энергии идеального газа не зависит от процесса перехода, а зависит только от начальной и конечной температуры.

Дано: Т1 = 283 К Т2 = 333 К а) р = const б) V = const в)ΔQ = 0	СИ
ΔU = ?

Решение.

1. Пусть процесс перехода газа из состояния с температурой Т₁ в состояние с температурой Т₂ происходит изобарически (р = const).

2. Согласно первому началу термодинамики

. (1)

3. Количество теплоты, необходимое для нагревания на ΔТ при р = const количества вещества , равно

(2)

4. Работа газа:

. (3)

5. Используем уравнение Менделеева–Клапейрона для определения изменения объема и температуры:

(4)

6. Подставив (4) в (3), а (3) и (2) в (1), а также используя уравнение Майера, получим:

. (5)

7. Рассмотрим случай, когда нагревание газа ведется изохорически (V = const). В этом случае совершаемая газом работа ΔА = 0 и ΔU_V = ΔQ. Количество теплоты, необходимое для нагревания на ΔТ (при V = const) количества вещества n = т/m, равно .

Отсюда получим:

. (6)

8. Рассмотрим случай, когда нагревание газа от Т₁ до Т₂ производится адиабатно. В этом случае ΔQ = 0 и ΔU_ад = –ΔА. В адиабатном процессе:

. (7)

9. Хотя в адиабатном процессе система тепловой энергии не получает, увеличение температуры газа происходит за счет его сжатия внешними силами. Выражения (5), (6) и (7) идентичны, что подтверждает, что внутренняя энергия идеального газа не зависит от процесса перехода, что и требовалось доказать.

10. Подставим в (5) числовые значения

Ответ: ΔU = 32,5 Дж.

Задача 2.12.В четырехтактном двигателе дизеля засосанный атмосферный воздух в объеме 10 л подвергается двенадцатикратному сжатию. Начальное давление – атмосферное, начальная температура 10 °С. Процесс сжатия адиабатный, газ идеальный. Определить конечное давление, конечную температуру и работу сжатия.

Дано: V1= 10 л V1/V2 = 12 p1 = 1 атм t1 = 10 °С Q = 0 µ= 2,9·10-2кг/моль	СИ 10 м3 м/с 105 Па 283 К
p2= ? T2= ? А = ?

Решение.

1. Из уравнения адиабаты определим конечное давление р₂:

(1)

2. Из уравнения адиабаты определим Т₂:

(2)

3. Допуская, что воздух состоит в основном из кислорода (О₂) и азота (N₂), можно считать его двухатомным газом с теплоемкостью С_V = (5/2)R.

4. Работа при адиабатическом процессе равна

.(3)

5. Подставив (2) в (3), и определив массу воздуха в двигателе из уравнения Менделеева–Клапейрона, получим выражение для работы при адиабатном сжатии:

6. Подставим в (1)–(3) числовые значения и получим:

Ответ: р₂ = 3,24·10⁶ Па; Т₂ = 765 К; .

Задача 2.13.Вычислите изменение энтропии одного моля идеального газа при расширении по политропе от объема V₁ до объема V₂. Рассмотрите процессы: а) изотермический; б) адиабатный; в) изобарный.

Дано: ν = 1 моль V1, V2 а) T = const б) Q = 0 в) p = const	СИ
ΔS = ?

Решение.

1. Изменение энтропии 1 моля идеального газа при переходе из состояния 1 в состояние 2 можно вычислить по формуле:

.

2. Из уравнения политропического процесса рVⁿ = constможно записать: ,поэтому

,

где .

3. При изотермическом процессе n = 1, тогда С_р – пС_V = R и .

4. При адиабатном процессе n = γ: С_р – nC_V = 0, тогда (ΔS)_ад = 0.

5. При изобарном процессе n = 0: .

Ответ: а) ; б) (ΔS)_ад = 0; в) .

Задача 2.14.Как изменится энтропия (ΔS) 2 г водорода, занимающего объем 40 л при температуре 270 К, если давление увеличить вдвое при постоянной температуре, а затем повысить температуру до 320 К при постоянном объеме.

Дано: m = 2 г V = 40 л T1 = 270 К p2 = 2p1 T2 = 320 К V = const	СИ 2∙10-3 кг 40 м3
ΔS = ?

Решение.

1. Изменение энтропии определяется формулой

,

где dQ – количество теплоты, полученное в данном процессе.

2. Изменение энтропии согласно условию происходит за счет двух процессов: изотермического и изохорического. Тогда

. (1)

3. Количество теплоты dQ₁ и dQ₂найдем из первого начала термодинамики для этих процессов:

.

4. Для изотермического процесса

. (2)

5. Давление р найдем из уравнения Менделеева–Клапейрона , откуда

. (3)

6. Подставим (3) в (2) и получим

(4)

(так как dT = 0 для T = const).

7. В результате изменение энтропии составит

,

так как при T = const, р₁V₁ = р₂V₂.

8. Для изохорического процесса имеем:

, ,

так как dV = 0и dA = 0при V = const. Тогда

. (5)

9. Подставив (5) и (4) в (1), получим

=

Ответ:DS = –2,27 Дж/К.

Задача 2.15.Паровая машина мощностью N = 14,7 кВт потребляет за время t = 1 ч работы массу m = 8,1 кг угля с удельной теплотой сгорания q = 3,3·10⁷ Дж/кг. Температура котла Т₁ = 200 °С, температура холодильника Т₂= 58 °С. Найти фактический КПД машины и сравнить его с КПД идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно между теми же температурами.

Дано: N = 14,7 кВт Т1 = 200 °С t2= 58 °С t = 1 ч m = 8,1 кг q = 3,3·107 Дж/кг	СИ 14,7·103 Вт 473 К 331 К 3600 с
η1 = ? η2 = ? (η2 – η1) = ?

Решение.

1. При известной мощности N за 1 час машина совершит полезную работу:

,

2. Полная работа эквивалентна количеству теплоты, потребленному от сгоревшего угля:

.

3. КПД реальной паровой машины вычислим по формуле

. (1)

4. КПД идеальной паровой машины:

. (2)

5. Подставим в (1) и (2) числовые значения:

,

.

6. Вычислим разницу между КПД реальной и идеальной тепловых машин

.

Ответ: , .

Задача 2.16.Найти критическое давление и критическую температуру неона. Поправки в уравнение Ван-дер-Ваальса для неона имеют значение: а = 0,0213 Н∙м⁴/моль², b = 16,97 см³/моль.

Дано: а = 0,0213 Н∙м4/моль2 b = 16,97 см3/моль	СИ   16,97∙10-6 м3/моль
Tкр = ? pкр = ?

Решение. Коэффициенты a и b в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса связаны с критическими параметрами газа соотношениями:

Па,

К.

Ответ:p_кр(Ne) = 2,65 МПа, T_кр(Ne) = 44 К.

Задача 2.17. В стеклянном капилляре вода поднимается на высоту h = 30 см. Определить диаметр капилляра. Смачивание считать полным. Коэффициент поверхностного натяжения воды равен a = 73,6×10^-3 Н/м

Дано: r = 103 кг/м3 a = 73,6×10-3 Н/м h = 30 см	СИ     0,3 м
d = ?

Решение.

1.Высота подъема жидкости в капиллярной трубке

,

где J – краевой угол, R - радиус канала трубки, R = d/2; r – плотность жидкости; a – коэффициент поверхностного натяжения жидкости; g – ускорение свободного падения, g = 9,8м/с².

2. При полном смачивании стенок трубки жидкостью J = 0, соsJ = 1 и, следовательно, откуда

3. Подставим числовые значения:

Ответ:d =100 мкм.

Задача 2.18. Определить, какую работу следует совершить, чтобы увеличить размер мыльного пузыря с d₁ = 6 мм до d₂ = 60 мм. Процесс считать изотермическим. Поверхностное натяжение мыльного раствора принять равным 40 мН/м.

Дано: d1 = 6 мм d2 = 60 мм a = 40×10-3 Н/м Т = сonst	СИ 6×10-3 м 60×10-3 м
A = ?

Решение.

1. Коэффициент поверхностного натяжения жидкости равен

где DE – изменение свободной поверхностной энергии пленки жидкости, связанное с изменением площади ΔS поверхности этой пленки. Откуда

DE = αDS. (1)

2. Величина DE связана с работой по выдуванию мыльного пузыря соотношением

DE = А. (2)

3. Изменение площади ΔS поверхности пленки равно

ΔS = 2S₂ – 2S₁ = 2(S₂ – S₁),

где S₂– площадь поверхности пузыря в конечном состоянии, S₁– площадь поверхности пузыря в исходном состоянии. Множитель два учитывает, что у мыльного пузыря две поверхности – внутренняя и внешняя.

4. Поскольку мыльный пузырь имеет сферическую поверхность, то

. (3)

5. Подставим (3) и (2) в (1) и получим

(4)

6. Подставим в (4) числовые значения:

Ответ: А = 895,28 кДж.

2.3. Задачи для самостоятельного решения

2.1. Средняя энергия поступательного движения молекул газа в сосуде вместимостью V = 0,75 л равна 100 Дж. Определить давление газа.

2.2. Водород находится при температуре T = 300 К. Найти сред­нюю кинетическую энергию +W_вр, вращательного движения одной молекулы, а также суммарную кинетическую энергию E_к всех моле­кул этого газа, если количество вещества водорода n = 0,45 моль.

2.3. Определить среднюю квадратичную скорость υ_квмолекулы газа, заключенного в сосуде объемом V = 1,5 л под давлением p = = 210 кПа. Масса газа m = 0,25 г.

2.4. Кислород находится при температуре 27 °С. Определить: 1) кинетическую энергию поступательного движения одной молекулы; 2) среднюю квадратичную скорость молекул.

2.5. В азоте взвешены мельчайшие пылинки массой 6∙10^-10 г. Газ находится при температуре T = 410 К. Определить средние квадратичные скорости υ_кв, а также средние кинетические энергии поступательного дви­жения +W_пост, молекулы азота и пылинки.

2.6. Определить давление, оказываемое газом на стенки сосуда, если его плотность равна 15 г/м³, а средняя квадратичная скорость молекул газа составляет 450 м/с.

2.7. Средняя квадратичная скорость молекул некоторого газа при нормальных условиях равна 485 м/с. Сколько молекул содержит 1 г этого газа?

2.8. Давление, оказываемое газом на стенки сосуда, составляет 1,1 атм. Плотность газа равна 0,01 кг/м³. Определить среднюю квадратичную скорость его молекул.

2.9. Определить плотность газа, оказывающего давление на стенки сосуда 10⁵ Па, если средняя квадратичная скорость его молекул составляет 480 м/с.

2.10. Азот массой m = 12 г находится при температуре Т = = 320 К. Определить: 1) среднюю кинетическую энергию одной молекулы азота; 2) среднюю кинетическую энергию вращательного движения всех молекул газа. Газ считать идеальным.

2.11. Средняя квадратичная скорость молекул некоторого газа равна 475 м/с². Давление газа р = 75 кПа. Найти плотность газа при этих условиях.

2.12. Плотность некоторого газа r = 0,078 кг/м³ при давлении р = 60 кПа и температуре t = 17 °С. Найти среднюю квадратичную скорость молекул газа. Какова молярная масса этого газа?

2.13. Во сколько раз средняя квадратичная скорость пылинки массой 6∙10^{-8 г}, взвешенной в воздухе, меньше средней квадратичной скорости молекул воздуха? Воздух считать однородным газом, молярная масса которого 29,5 г/моль.

2.14. В баллоне объемом V = 14 л находится аргон под давлением р₁ = 610 кПа и температуре Т₁ = 320 К. Когда из баллона было взя­то некоторое количество аргона, давление в баллоне понизилось до р₂ = 430 кПа, а температура установилась Т₂ = 250 К. Определить массу m аргона, взятого из баллона.

2.15. Баллон объемом V = 13л наполнен азотом при давлении Р = 7,8 МПа и температуре t = 20 °С. Какая масса азота находится в баллоне?

2.16. Какое количество молей газа ν находится в баллоне объемом V = 10 м³ при давлении Р = 106 кПа и температуре t = 10 °С?

2.17. В сосуде вместимостью V = 10л находится газ массой m = = 35 г. Концентрация n молекул газа равна 7,52·10²⁵ м^-3. Определить, какой газ находится в сосуде.

2.18. В баллоне объемом V = 15 л находится водород под давлением р₁ = 700 кПа и температуре Т₁ = 300 К. Когда из баллона было взя­то 10 г водорода, давление в баллоне понизилось до р₂ = 550 кПа. Определить температуру, установившуюся в баллоне.

2.19. Как изменится давление в баллоне, если его нагреть от температуры Т₁ = 10 °С до Т₂ = 25 °С? При какой температуре давление увеличится в 5 раз?

2.20. Вычислить плотность r азота, находящегося в баллоне под давлением р = 1,25 МПа при температуре T = 310 К.

2.21. Определить относительную молекулярную массу газа, если при температуре T = 184 К и давлении p = 3,2 МПа он имеет плотность r = 5,8 кг/м³.

2.22. В сосуде объемом V = 50 л находится водород. Темпера­тура водорода Т = 305 К. Когда часть водорода израсходовали, давление в баллоне понизилось на Dр = 70 кПа. Определить массу m израсходованного газа, если температура газа в баллоне осталась прежней.

2.23. Смесь водорода и азота общей массой m = 285 г при тем­пературе T = 550 К и давлении p = 2,2 МПа занимает объем V = = 38 л. Определить массу m₁ водорода и массу m₂ азота.

2.24. Баллон объемом V = 13 л содержит смесь гелия и водорода при давлении p = 0,55 МПа. Масса смеси равна 4,7 г; массовая доля гелия w₁ = 0,65. Определить температуру смеси.

2.25. Смесь состоит из водорода и кислорода. Массовая доля водорода в смеси w₁ = l/7. Найти плотность r такой сме­си газов при температуре T = 320 К и давлении p = 0,15 МПа.

2.26. В сосуде объемом V = 12 л находится смесь азота и водорода при температуре t = 20 °С. Масса смеси равна 5,57 г, массовая доля азота в смеси составляет w₁ = 0,75. Определить давление смеси газов в сосуде и парциальные давления р₁ и р₂ газов.

2.27. В сосуде находятся кислород в количестве ν₁ = 2∙10^-7 молей и азот массой m₂ = 3∙10^-6 г. Температура смеси t = 100 °С, давление в сосуде р = 135 мПа. Найти объем V сосуда, парциальные давления кислорода и азота и число молекул n в единице объема сосуда.

2.28. Смесь кислорода и азота находится в сосуде под давлением p = 1,23 МПа. Определить парциальные давления р₁ и р₂ газов, если массовая доля w кислорода в смеси равна 28 %.

2.29. Углекислый газ в количестве n= 1,1 кмоль, занимает объем 0,45 м³ при температуре 90 °С. Найти давление газа, считая его реальным. Постоянные Ван-дер-Ваальса для углекислого газа равны a = 0,364 Па×м⁶/моль² и b= 4,26×10^-5 м³/моль.