Какую температуру необходимо достичь, чтобы запаянный шар с 6,00 г воды разорвался, если известно, что его стенки могут выдерживать давление не более 4,053 МПа, а объем шара составляет 1,20 л?

Физика 11 класс Термодинамика температура запаянный шар вода разрыв давление 4,053 МПа объем шара 1,20 л физика 11 класс термодинамика газовые законы уравнение состояния давление и температура расчеты давления физические свойства воды Новый

Чтобы решить эту задачу, нужно использовать уравнение состояния для идеального газа и свойства насыщенного пара. Давайте разберем шаги подробно:

1. Определите количество вещества воды.

   Масса воды дана как 6,00 г. Молярная масса воды составляет 18,02 г/моль. Найдем количество вещества (n) по формуле:

   • n = масса / молярная масса = 6,00 г / 18,02 г/моль ≈ 0,333 моль
2. Используйте уравнение состояния идеального газа для пара.

   Уравнение состояния идеального газа выглядит следующим образом: PV = nRT, где:

   • P — давление (Па),
   • V — объем (м³),
   • n — количество вещества (моль),
   • R — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(моль·К)),
   • T — температура (К).

   В нашем случае давление P должно быть равно максимально допустимому давлению, то есть 4,053 МПа = 4,053 × 10⁶ Па. Объем V шара равен 1,20 л = 1,20 × 10^-3 м³.

3. Решите уравнение для температуры T.

   Подставим известные значения в уравнение состояния:

   • 4,053 × 10⁶ Па × 1,20 × 10^-3 м³ = 0,333 моль × 8,31 Дж/(моль·К) × T

   Решим уравнение для T:

   • T = (4,053 × 10⁶ Па × 1,20 × 10^-3 м³) / (0,333 моль × 8,31 Дж/(моль·К))
   • T ≈ 1751 К
4. Переведите температуру в градусы Цельсия.

   Температура в Кельвинах связана с температурой в градусах Цельсия следующим образом: T(°C) = T(K) - 273,15. Таким образом:

   • T(°C) ≈ 1751 - 273,15 ≈ 1478 °C

Таким образом, чтобы шар разорвался, температура должна достичь примерно 1478 °C. Однако, важно помнить, что при таких высоких температурах вода будет находиться в состоянии перегретого пара, и в реальных условиях могут проявляться отклонения от идеального поведения газа.