Рассмотрим, как изменится давление газа, если концентрация его молекул увеличится в 4 раза, а средняя кинетическая энергия уменьшится в 2 раза.
Для анализа воспользуемся уравнением состояния идеального газа и кинетической теорией газов. Давление ( P ) идеального газа можно выразить через концентрацию молекул ( n ) и среднюю кинетическую энергию молекул ( \langle E_{kin} \rangle ):
[ P = n \cdot \langle E_{kin} \rangle ]
Здесь:
- ( P ) — давление,
- ( n ) — концентрация молекул (число молекул в единице объёма),
- ( \langle E_{kin} \rangle ) — средняя кинетическая энергия молекул.
Теперь, рассмотрим изменения:
- Концентрация молекул увеличивается в 4 раза: ( n' = 4n ).
- Средняя кинетическая энергия уменьшается в 2 раза: ( \langle E{kin} \rangle' = \frac{\langle E{kin} \rangle}{2} ).
Подставим эти изменения в исходное уравнение для давления:
[ P' = n' \cdot \langle E{kin} \rangle' ]
[ P' = (4n) \cdot \left(\frac{\langle E{kin} \rangle}{2}\right) ]
Упростим выражение:
[ P' = 4n \cdot \frac{\langle E{kin} \rangle}{2} ]
[ P' = 2n \cdot \langle E{kin} \rangle ]
Из этого видно, что новое давление ( P' ) будет в 2 раза больше исходного давления ( P ):
[ P' = 2P ]
Таким образом, если концентрация молекул газа увеличится в 4 раза, а средняя кинетическая энергия уменьшится в 2 раза, то давление газа увеличится в 2 раза.