Дано:
V = 25 л = 25·10⁻³ м³
m₁ = 20 г = 20·10⁻³ кг
M₁ = 40·10⁻³ кг/моль - молярная масса аргона (Ar)
m₂ = 2 г = 2·10⁻³ кг
M₂ = 4·10⁻³ кг/моль - молярная масса гелия (He)
T = 301 К
p - ?
Парциальное давление аргона из уравнения Клапейрона-Менделеева:
p₁·V = m₁·R·T / M₁
p₁ = m₁·R·T / (M₁·V) = 20·10⁻³·8,31·301 / (40·10⁻³·25·10⁻³) ≈ 50 000 Па
Парциальное давление гелия из уравнения Клапейрона-Менделеева:
p₂ = m₂·R·T / (M₂·V) = 2·10⁻³·8,31·301 / (4·10⁻³·25·10⁻³) ≈ 50 000 Па
Давление по закону Дальтона:
p = p₁ + p₂ = 50 000 + 50 000 = 100 000 Па или 100 кПа
Мощность тока в лампе:
P = U²/R
Так как зависимость мощности от сопротивления спирали при постоянном напряжении обратно пропорциональная, то чем больше сопротивление, тем меньше мощность (при постоянном напряжении).
Сопротивление спирали:
R = ρL/S, где ρ - удельное сопротивление вольфрама
L - длина спирали
S - площадь поперечного сечения
Очевидно, что чем меньше S, тем больше R при одном и том же материале спирали и ее длине.
Тогда:
S₁ < S₂ => R₁ > R₂ => P₁ < P₂
Таким образом, при одном и том же напряжении и длине спирали, меньшую мощность будет иметь лампа с более тонкой спиралью.
То есть нить накаливания тоньше в лампах с меньшей мощностью.
Переведем скорость поезда в метры в секунду 72 : 3.6 = 20 м/с.
Такой скорости поезд достигнет через 20 : 1 = 20 с.