问题标题:
关于臭氧半衰期的计算公式?假设臭氧半衰期为t小时,在一个体积为v立方米的密闭空间内,利用臭氧发生器产生臭氧,设定臭氧产量为Q克/小时,那么在任意时间T时的空间臭氧浓度为多少
问题描述:
关于臭氧半衰期的计算公式?
假设臭氧半衰期为t小时,在一个体积为v立方米的密闭空间内,利用臭氧发生器产生臭氧,设定臭氧产量为Q克/小时,那么在任意时间T时的空间臭氧浓度为多少?要求有公式推导过程。
注:臭氧在空间衰减的同时,臭氧发生器同时还在以恒定的产量产生臭氧,而产生的新的臭氧也以半衰期T衰减。
孙利生回答:
先确定是臭氧衰变成氧气。根据一般的半衰期公式有:
公式:
N'=N0*(0.5)^n,M'=M0*(0.5)^n.(n=t/τ)
N'、M'为衰变后剩余原子数和质量。
N0、m0为衰变前原子数和质量。
n为半衰期个数,t所用时间,τ为半衰期。
代入得(用质量近似计算):
最先1小时产生的到T时衰变的是:m1=Q*(0.5)^(T/τ);
第二小时的是:m2=Q*(0.5)^[(T-1)/τ];
…………
最后一小时的是:mT=Q*(0.5)^(1/τ)。
把他们加起来,就是衰变了的质量。
m衰总=m1+m2+……+mT
=Q*{(0.5)^(T/τ)+(0.5)^[(T-1)/τ]+(0.5)^[(T-1)/τ]+……+(0.5)^(1/τ)}
这是一个等比数列,公比a=0.5^(1/τ),然后求和:
m衰总=Q*{[(0.5)^(T/τ)]*[1-(0.5)^(T/τ)]}/[1-(0.5)^?/τ)]
m总=Q*T
T小时后的臭氧质量m=m总-m衰总
=Q*T-Q*{[(0.5)^(T/τ)]*[1-(0.5)^(T/τ)]}/[1-(0.5)^(1/τ)]
最后是用m除以v求得浓度。
OK!
请看清楚运算顺序,我已经好小心的了。
我想了好久的.
黄文芳回答:
这是一道无法用初等数学计算的问题,因为每一个时刻都在衰变。
高等数学解法:
设过了x小时,臭氧的质量是y克,我们做微分的假设,即dx时间内无衰变,则:
dy=Qdx-y(1/2)^(dx/t)
然后解这个微分方程就可以了。微分方程的解法我忘记了。
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