Номер 1, страница 230 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 68. Газовые законы. Глава 10. Уравнение состояния идеального газа. Газовые законы - номер 1, страница 230.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Кажущееся противоречие с законом Бойля—Мариотта возникает из-за того, что этот закон применим только при выполнении определённых, строго оговоренных условий. Закон Бойля—Мариотта утверждает, что для постоянной массы газа при постоянной температуре произведение давления газа на его объём является величиной постоянной ($PV = \text{const}$).

Когда вы надуваете щёки, вы нагнетаете в ротовую полость дополнительный воздух из лёгких. В результате этого процесса масса воздуха (а следовательно, и количество вещества $n$) в рассматриваемом объёме (во рту) увеличивается. Таким образом, одно из ключевых условий применимости закона Бойля—Мариотта — постоянство массы газа — не выполняется. Система «воздух во рту» не является замкнутой.

Для описания такого процесса необходимо использовать более общее уравнение состояния идеального газа, уравнение Клапейрона—Менделеева: $PV = nRT$, где $P$ — давление, $V$ — объём, $n$ — количество вещества газа, $R$ — универсальная газовая постоянная, а $T$ — абсолютная температура.

В процессе надувания щёк увеличивается объём ротовой полости ($V$), но в то же время увеличивается и количество воздуха в ней ($n$). Температуру ($T$) можно считать примерно постоянной и равной температуре тела. Давление, выраженное из уравнения как $P = \frac{nRT}{V}$, может возрасти, если количество вещества $n$ увеличивается быстрее, чем объём $V$. Именно это и происходит: мы активно нагнетаем воздух, повышая его концентрацию и, как следствие, давление, несмотря на одновременное увеличение объёма.

Следовательно, нет никакого реального противоречия с законами физики. Наблюдаемое явление просто выходит за рамки применимости закона Бойля—Мариотта.

Ответ: Закон Бойля—Мариотта описывает поведение газа постоянной массы. При надувании щёк масса воздуха во рту увеличивается, так как в него нагнетается дополнительный воздух из лёгких. Поскольку масса газа не остаётся постоянной, закон Бойля—Мариотта в данном случае неприменим, и никакого противоречия с ним нет.