Баллон вместимостью 40 литров содержит азот массой 2,6 килограмм.При какой температуре...

0 голосов
35 просмотров

Баллон вместимостью 40 литров содержит азот массой 2,6 килограмм.При какой температуре возникает опасность взрыва,если допустимое давление 50*10^5.


Физика | 35 просмотров
Дан 1 ответ
0 голосов

Баллон вместимостью 40 литров содержит азот ( N_2 ) массой 2,6 кг. При какой температуре возникает опасность взрыва, если допустимое давление в данном баллоне 50 \cdot 10^5 Па .


РЕШЕНИЕ:

Очевидно, что значение допустимого давления в 5 \cdot 10^6 Па позволяет балону безопасно удерживать внутри газы при меньших давлениях и напротив: он взрывается при больших давлениях. Поскольку давление газов тем больше, чем больше температура, то значит есть некоторая температура, ниже которой газ в баллоне удерживается безопасно, а выше которой происзодит взрыв. Таким образом температура должна быть меньше какого-то значению, чтобы газ не взрывался.

Уравнение идеального газа устанавливает чёткую связь между давлением, объёмом, температурой, его массой и молярной массой:

PV = \frac{m}{ \mu } RT ;

Из него слудует, что \frac{ \mu }{m} PV = RT и T = \frac{ \mu }{m} \frac{PV}{R} ;

С учётом требуемого условия для температуры: T < \frac{ \mu }{m} \frac{PV}{R} ;

В практической жизни мы пользуемся температурной шкалой Цельсия, а данная формула даёт значение температуры в Кельвинах, которой больше обычных температур на 273 К . Тогда:

t^o \approx T - 273 K < \frac{ \mu }{m} \frac{PV}{R} - 273 K ;

Короче говоря: t^o < \frac{ \mu }{m} \frac{PV}{R} - 273 K ;

Важно понимать, что:

\mu_{_{N2}} \approx 0.028 кг/моль = 28 г/моль , а 1 л = 10^{-3} {}_{M^3} ;

Подставляем и находим, что: t^o < \frac{ \0.028 }{2.6} \frac{ 5 \cdot 10^6 \cdot 40 \cdot 10^{-3} }{8.31} К - 273 K \approx

\approx 0.259 \cdot 10^3 K - 273 K = 259 K - 273 K = -14^o C ;

Т.е. при температуре t^o < - 14^o C азот в балолоне не взорвётся, а при температуре t^o \approx - 14^o C как раз и взорвётся.


О т в е т :

t^o \approx - 14^o C ;
T \approx 259 K .

(8.4k баллов)