N ≈ 1.57·10²³
Объяснение:
T = 315 K
<v> = 320 м/c
m = 20 г = 0,02 кг
Na = 6.022·10²³ 1/моль - постоянная Авогадро
R = 8.31 Дж/(моль·К) - универсальная газовая постоянная
N - ?
По закону Клапейрона-Менделеева
pV = νRT
(р - давление, V - объём, ν - количество вещества)
ν = N/Na
pV = NRT/Na (1)
Будем считать газ идеальным и одноатомным, тогда давление газа р можно вычислить как
р = nm₀<v>²/3 (n - концентрация, m₀ - масса молекулы)
n = N/V; m₀ = m/N
Тогда
nm₀ = m/V
р = m<v>²/3V
и
pV = m<v>²/3 (2)
Приравняем правые части уравнений (1) и (2)
NRT/Na = m<v>²/3
и выразим отсюда N
N = m<v>²Na/3RT
N = 0.02 · 320² · 6.022·10²³ : (3 · 8.31 · 315)
N ≈ 1.57·10²³
l = 0,12 м
r = 0,1 м
Q?
Обозначим угол между нитями α, тогда sin(α/2) = (r/2) :
l = 5/12 = 0,42 (25°)
Fк+mg+T=0
x: Fк - T*sin(α/2) = 0 ⇒ Fк = T*sin(α/2) (1)
y: -mg+T*cos(α/2) = 0 ⇒ T = mg/cos(α/2) (2)
Подставим (2) в (1): Fк = mg*sin(α/2)/cos(α/2) = mg*tg(α/2) (3)
[arctg25° = 0,47]
Fк = Q²/4πε₀*r² (4)
Приравняем (3) и (4): Q²/4πε₀*r² = mg*tg(α/2) ⇒
Q = 2r*√(πε₀*mg*tg(α/2))
Q = 2*0,1√(3,14*8,85*10^-12*5*10^-4*9,8*0,47) =
= 0,2*25,2*10^-8 = 5*10^-8 Кл
|Q| = 5*10^-8 Кл