Свойство, которое не характерно для идеального газа, это 3) между молекулами отсутствует сила притяжения.
Идеальный газ - это модель газа, в которой предполагается, что газ состоит из множества микроскопических частиц, называемых молекулами, которые движутся внутри газового объема. Основные особенности идеального газа основаны на следующих предположениях:
1) Частицы являются материальными точками. Это значит, что мы не обращаем внимание на размеры и взаимное расположение молекул, а считаем их точечными объектами.
2) Частицы движутся. Каждая молекула идеального газа находится в непрерывном движении, сталкиваясь с другими молекулами и со стенками сосуда.
3) Между молекулами отсутствует сила притяжения. В идеальном газе предполагается, что молекулы не взаимодействуют сильными силами притяжения друг к другу. Это предположение справедливо для большинства реальных газов при низких плотностях и высоких температурах.
4) Частицы взаимодействуют только при соударениях. Молекулы идеального газа взаимодействуют друг с другом только при соударении, а после соударения продолжают двигаться независимо.
Таким образом, ответ на вопрос будет 3) между молекулами отсутствует сила притяжения.
Для решения данной задачи будем использовать формулу для вычисления концентрации газа:
C = n / V,
где C - концентрация газа (в мол / м^3);
n - количество вещества газа (в моль);
V - объем газа (в м^3).
По условию задачи нам дано давление газа под P = 2,67 * 10^4 Па и средняя квадратичная скорость поступательного движения молекул v = 2 * 10^3 м/с.
Для начала найдем количество вещества газа:
n = P * V / (R * T),
где R - универсальная газовая постоянная (8,314 м^3 * Па / (моль * К));
T - температура газа (в К).
Так как нам не дана температура газа, мы можем опустить эту переменную из вычислений, предположив, что она постоянна и не влияет на решение задачи.
Теперь можем записать уравнение для концентрации газа:
C = n / V = P / (R * T).
Молярная масса водорода составляет 2 г / моль, что означает, что для 1 моля водорода его масса равна 2 г. Преобразуем это значение:
m = M / N,
где m - масса вещества (в кг);
M - молярная масса вещества (в кг / моль);
N - количество вещества (в моль).
Теперь можем найти количество вещества водорода:
N = m / M = 0,002 кг / (2 г / моль) ≈ 0,001 моль.
Используя ранее найденное значение количества вещества, можем вычислить концентрацию газа:
C = n / V ≈ 0,001 моль / V.
Остается выразить объем газа через его среднеквадратичную скорость:
v = sqrt(3 * k * T / m),
где k - постоянная Больцмана (1,38 * 10^-23 Дж / К);
T - температура (в К);
m - масса молекулы газа (в кг).
Мы можем предположить, что масса молекулы водорода пропорциональна скорости и температуре газа. Поэтому отношение массы молекулы водорода к массе молекулы некоторого эталонного газа будет равно отношению среднеквадратичной скорости водорода к среднеквадратичной скорости этого эталонного газа:
m / M = v / v_ethalon.
Предположим, что эталонным газом является гелий (He), для которого молярная масса M_ethalon = 4 г/моль, и его среднеквадратичная скорость v_ethalon = 2,39 * 10^3 м/с.
Итак, мы получили значение объема газа V ≈ 0,158 м^3.
Теперь можем найти концентрацию газа:
C = n / V ≈ 0,001 моль / 0,158 м^3,
C ≈ 0,006 моль/м^3.
Итак, концентрация молекул водорода, находящегося под давлением 2,67 * 10^4 Па при средней квадратичной скорости поступательного движения молекул 2 * 10^3 м/с и молярной массе водорода 2 г/моль, составляет примерно 0,006 моль/м^3.
