Уравнение состояния идеального газа можно записать следующим образом:
P1 * V1 / T1 = P2 * V2 / T2
Где:
P1 и P2 - начальное и конечное давление соответственно.
V1 и V2 - начальный и конечный объем соответственно.
T1 и T2 - начальная и конечная температуры в абсолютной шкале Кельвина соответственно.
Сначала переведем температуры из градусов Цельсия в Кельвины:
T1 = 13°C + 273.15 = 286.15 K
T2 = 27°C + 273.15 = 300.15 K
Давление остается const (6 мПа = 6000 Па).
Так как начальный и конечный объемы равны (16 литров), то уравнение упрощается:
P1 / T1 = P2 / T2
Теперь мы можем найти отношение начального и конечного объемов:
V1 / V2 = P1 * T2 / (P2 * T1)
Подставляем известные значения:
V1 / V2 = (6000 Па * 300.15 K) / (6000 Па * 286.15 K)
V1 / V2 ≈ 1.052
Теперь мы знаем, что отношение объемов равно примерно 1.052. Это означает, что после изменения температуры объем гелия увеличился на 5.2%.
Теперь найдем массу гелия, которая утекла. Масса идеального газа пропорциональна его объему и молярной массе:
m1 / m2 = V1 / V2
Где:
m1 - начальная масса гелия.
m2 - конечная масса гелия (после утечки).
Молярная масса гелия (He) примерно равна 4 г/моль.
m1 / m2 = 1.052 (с учетом изменения объема)
Теперь, чтобы найти массу гелия, утечка которой мы исследуем, предположим, что начальная масса гелия составляла 1 моль (по молярной массе гелия):
m1 = 1 моль * 4 г/моль = 4 г
Теперь мы можем найти массу гелия, утечка которой произошла:
m2 = m1 / 1.052 ≈ 4 г / 1.052 ≈ 3.8 г
Итак, масса гелия, которая утекла, составляет примерно 3.8 грамма.