Задача по молекулярной физике №22

При некоторой температуре средняя квадратичная скорость молекулы кислорода равна 400 м/с. Какова при этой же температуре средняя квадратичная скорость атома гелия? (Ответ дайте в м/с и округлите до целых.)

Получим взаимосвязь среднеквадратичной скорости и температуры:

     3 Ek = 2kT

где k  — постоянная Больцмана.
Кинетическая энергия одной молекулы/атома по определению равна:

   2 m0v--= 3kT   (1)  2     2

где m   o  — масса молекулы/атома, v  — средняя квадратичная скорость молекулы/атома.
Количество вещества можно найти двумя способами:

   mo                 N ν =-μ- (2)        ν = NA  (3)

где μ  — молярная масса, N  — число молекул/атомов, NA  — число Авогадро.
Приравняем (2) и (3) и выразим массу молекулы/атома:

mo-= -N-  ⇒   mo = N-μ  μ   NA            NA

По условию задачи N  = 1, следовательно:

m  = -μ-  (4)  o   NA

Подставим (4) в (1):

 μv2   3 2NA-= 2 kT

С учетом того, что R = NAk  , получаем:

v2 = 3RT      μ

где R  — универсальная газовая постоянная. Записав эту формулу для двух случаев, получим соотношение:

 2 v22= μ1 v1  μ2

где v1  и μ1  — средняя квадратичная скорость и молярная масса молекулы кислорода, v2  и μ2  — средняя квадратичная скорость и молярная масса атома гелия.
Выразим искомую величину:

      ∘-μ- v2 = v1 μ12

          ∘ ------------             0,032 кг/моль v2 = 400 м/с 0,004 кг/моль ≈1131 м/с

Оцените статью
Я решу все!