Для нахождения температуры газа, когда известны давление ( P ) и концентрация частиц ( n ), можно использовать уравнение состояния идеального газа в форме:
[
P = n k_B T
]
где:
- ( P ) — давление газа,
- ( n ) — концентрация частиц (число частиц на единицу объема),
- ( k_B ) — постоянная Больцмана (( k_B \approx 1.38 \times 10^{-23} \, \text{Дж/К} )),
- ( T ) — температура в Кельвинах.
Из этого уравнения можно выразить температуру ( T ):
[
T = \frac{P}{n k_B}
]
Теперь подставим известные значения:
- ( P = 100 \, \text{kПа} = 100 \times 10^3 \, \text{Па} ),
- ( n = 10^{25} \, \text{м}^{-3} ).
Подставим эти значения в уравнение:
[
T = \frac{100 \times 10^3}{10^{25} \times 1.38 \times 10^{-23}}
]
Сначала упростим знаменатель:
[
n k_B = 10^{25} \times 1.38 \times 10^{-23} = 1.38 \times 10^{2}
]
Теперь подставим в формулу для температуры:
[
T = \frac{100 \times 10^3}{1.38 \times 10^{2}}
]
[
T \approx \frac{100 \times 10^3}{138} \approx 724.64 \, \text{К}
]
Таким образом, температура газа составляет приблизительно ( 724.64 \, \text{К} ).