На сколько килограммов отличается масса воздуха в комнате зимой и летом при указанных температурах, при одинаковом

  • 58
На сколько килограммов отличается масса воздуха в комнате зимой и летом при указанных температурах, при одинаковом атмосферном давлении p=1 * 10^5 Па, если объем комнаты V = 60 м³, температура воздуха летом t=33°C, а зимой t=12°C, а молярная масса воздуха равна 0,029 кг/моль?
Rys
11
Чтобы решить данную задачу, нам потребуется применить уравнение состояния идеального газа, а именно уравнение Клапейрона:

\[ pV = nRT \]

где \( p \) - давление, \( V \) - объем, \( n \) - количество вещества, \( R \) - универсальная газовая постоянная, \( T \) - температура в Кельвинах.

Для начала, переведем температуры из градусов Цельсия в Кельвины:

\( t_{\text{летом}} = 33^\circ\text{C} + 273.15 = 306.15\text{K} \)

\( t_{\text{зимой}} = 12^\circ\text{C} + 273.15 = 285.15\text{K} \)

Затем рассчитаем количество вещества воздуха в комнате летом и зимой, используя молярную массу \( M = 0.029\text{кг/моль} \):

\( n_{\text{летом}} = \frac{m_{\text{летом}}}{M} \)

\( n_{\text{зимой}} = \frac{m_{\text{зимой}}}{M} \)

Теперь найдем массу воздуха летом и зимой:

\( m_{\text{летом}} = n_{\text{летом}} \cdot M \)

\( m_{\text{зимой}} = n_{\text{зимой}} \cdot M \)

Количество вещества можно рассчитать по уравнению состояния идеального газа:

\( pV = nRT \)

\( n = \frac{pV}{RT} \)

Подставим известные значения в формулу:

\( n_{\text{летом}} = \frac{pV}{RT_{\text{летом}}} \)

\( n_{\text{зимой}} = \frac{pV}{RT_{\text{зимой}}} \)

Используя полученные значения количества вещества, найдем массу воздуха:

\( m_{\text{летом}} = n_{\text{летом}} \cdot M \)

\( m_{\text{зимой}} = n_{\text{зимой}} \cdot M \)

Теперь можем найти разницу между массой воздуха летом и зимой:

\( \Delta m = m_{\text{летом}} - m_{\text{зимой}} \)

Подставим все известные значения в формулы и произведем расчеты:

\( t_{\text{летом}} = 306.15\text{K} \)

\( t_{\text{зимой}} = 285.15\text{K} \)

\( p = 1 \times 10^5 \) Па

\( V = 60 \) м³

\( M = 0.029 \) кг/моль

\( n_{\text{летом}} = \frac{pV}{RT_{\text{летом}}} = \frac{1 \times 10^5 \times 60}{8.314 \times 306.15} \approx 22.247 \) моль

\( n_{\text{зимой}} = \frac{pV}{RT_{\text{зимой}}} = \frac{1 \times 10^5 \times 60}{8.314 \times 285.15} \approx 24.605 \) моль

\( m_{\text{летом}} = n_{\text{летом}} \times M = 22.247 \times 0.029 \approx 0.644 \) кг

\( m_{\text{зимой}} = n_{\text{зимой}} \times M = 24.605 \times 0.029 \approx 0.713 \) кг

\( \Delta m = m_{\text{летом}} - m_{\text{зимой}} = 0.644 - 0.713 \approx -0.069 \) кг

Таким образом, масса воздуха в комнате отличается на примерно 0.069 кг между летом и зимой. Отрицательное значение указывает на то, что масса воздуха уменьшается при переходе с зимы на лето.