Для решения задачи воспользуемся уравнением состояния идеального газа, которое можно записать в следующем виде:
[ PV = nRT ]
где:
- ( P ) — давление газа,
- ( V ) — объем газа,
- ( n ) — количество вещества (в молях),
- ( R ) — универсальная газовая постоянная (( R \approx 8.314 \, \text{Дж/(моль·К)} )),
- ( T ) — температура газа в Кельвинах.
Сначала нужно найти количество вещества ( n ):
[ n = \frac{m}{M} ]
где:
- ( m ) — масса газа,
- ( M ) — молярная масса азота (( N_2 )). Для азота ( M \approx 28 \, \text{г/моль} ) или ( 0.028 \, \text{кг/моль} ).
Итак, подставим значения в формулу:
[ n = \frac{20 \, \text{кг}}{0.028 \, \text{кг/моль}} \approx 714.29 \, \text{моль} ]
Теперь, зная количество вещества ( n ), подставим все значения в уравнение состояния идеального газа:
[ V = \frac{nRT}{P} ]
Подставим известные значения:
[ V = \frac{(714.29 \, \text{моль}) \cdot (8.314 \, \text{Дж/(моль·К)}) \cdot (300 \, \text{К})}{10^5 \, \text{Па}} ]
Рассчитаем числитель:
[ 714.29 \cdot 8.314 \cdot 300 \approx 1783529.74 \, \text{Дж} ]
Теперь разделим на давление:
[ V \approx \frac{1783529.74 \, \text{Дж}}{10^5 \, \text{Па}} \approx 17.835 \, \text{м}^3 ]
Округлим до целых:
[ V \approx 18 \, \text{м}^3 ]
Таким образом, объем баллона составляет приблизительно 18 кубических метров.