Чтобы найти плотность углекислого газа при заданных условиях, можно воспользоваться уравнением состояния идеального газа. Уравнение состояния идеального газа записывается как:
[ PV = nRT, ]
где:
- ( P ) — давление,
- ( V ) — объем,
- ( n ) — количество вещества в молях,
- ( R ) — универсальная газовая постоянная (( R = 8.314 \, \text{Дж/(моль·К)} )),
- ( T ) — температура в кельвинах.
Плотность (( \rho )) газа определяется как масса деленная на объем:
[ \rho = \frac{m}{V}, ]
где ( m ) — масса газа.
Количество вещества ( n ) также связано с массой и молярной массой (( M )) газа:
[ n = \frac{m}{M}. ]
Для углекислого газа ((\text{CO}_2)), молярная масса ( M ) составляет примерно 44.01 г/моль или 0.04401 кг/моль.
Подставив выражение для ( n ) в уравнение состояния, получаем:
[ PV = \frac{m}{M}RT. ]
Выразим плотность (( \rho )):
[ \rho = \frac{m}{V} = \frac{PM}{RT}. ]
Теперь подставим известные значения:
- ( P = 93.3 \, \text{кПа} = 93300 \, \text{Па} ),
- ( M = 0.04401 \, \text{кг/моль} ),
- ( R = 8.314 \, \text{Дж/(моль·К)} ),
- ( T = 250 \, \text{К} ).
Подставим в формулу:
[ \rho = \frac{93300 \times 0.04401}{8.314 \times 250}. ]
Вычислим:
[ \rho = \frac{4108.233}{2078.5} \approx 1.976 \, \text{кг/м}^3. ]
Таким образом, плотность углекислого газа при давлении 93,3 кПа и температуре 250 К составляет приблизительно 1.976 кг/м³.