Чтобы решить эту задачу, нам нужно определить, какой объем водорода потребуется для заполнения шара-зонда, а затем рассчитать, какой заряд нужно пропустить через электролитическую ванну для получения этого объема водорода. Давайте разберемся по шагам.
- Найдем объем шара-зонда.
- Диаметр шара-зонда равен 5 метров.
- Радиус шара-зонда будет равен половине диаметра: 5 м / 2 = 2.5 м.
- Формула для объема шара: V = (4/3)πr³.
- Подставляем радиус в формулу: V = (4/3)π(2.5)³.
- Вычисляем: V ≈ (4/3) * 3.1416 * 15.625 ≈ 65.45 кубических метров.
- Определим количество молей водорода, необходимое для заполнения объема шара.
- При нормальных условиях (1 атмосфера и 0°C) 1 моль газа занимает примерно 22.4 литра, или 0.0224 кубических метра.
- Чтобы найти количество молей, делим объем шара на объем, занимаемый 1 молем газа: 65.45 м³ / 0.0224 м³/моль ≈ 2921.88 моль.
- Рассчитаем необходимый заряд для получения нужного количества водорода через электролиз.
- Уравнение электролиза воды: 2H₂O → 2H₂ + O₂.
- Из уравнения видно, что для получения 2 молей H₂ требуется 4 моля электронов (или 4 Фарадея).
- 1 моль электронов соответствует заряду в 96485 кулонов (1 Фарадей).
- Для получения 2921.88 молей водорода потребуется в два раза больше молей электронов, т.е. 2921.88 * 2 = 5843.76 моль электронов.
- Теперь умножаем количество молей электронов на заряд одного Фарадея: 5843.76 моль * 96485 Кл/моль ≈ 563.76 * 10^6 кулонов.
Таким образом, для заполнения водородом шара-зонда диаметром 5 метров при нормальных условиях необходимо пропустить через электролитическую ванну заряд примерно 563.76 миллиона кулонов.