Сколько килограммов газа в баллоне?

Уравнение состояния идеального газа:

μPV = mRT, где

P - давление в баллоне в Паскалях :: P[Па] = P[кгc/кв.см] * 98066.5
V - объем баллона в кубических метрах :: V[куб.м] = V[л] * 0.001
R - универсальная газовая постоянная = 8.31446262 [м][м][кг]/[с][с][К][Моль]
Т - температура газа в Кельвинах :: T[K] = T[град.C] + 273.15
μ - молярная масса газа :: не забывать умножать на два для двухатомных молекул!
m - искомая масса газа (выраженная в килограммах)

Давление газа в баллоне устанавливается ГОСТ 26460-85 и для всех газов составлят 150 кгс/кв.см при 20 градусах цельсия.
* Здесь уместно сделать важное замечание: несмотря на то, что обычно понятия "1 атмосфера", "1 кгс/кв.см", "1 кг/кв.см" полагаются синонимами, тем не менее между ними есть существенные различия. Не вдаваясь в подробности, отмечу лишь, что "атмосфера" = 101325 Па, "кгс/кв.см" = 98066.5 Па, а "кг/кв.см" вообще в паскалях выражен быть не может, т.к. размерности давления не имеет.

Несложными преобразованиями уравнения состояния идеального газа получаем:

m = μPV/RT или, подставляя численные значения,
m = (μV[куб.м] * 6.03515) [кг] = (μV[л] * 6.03515) [г]

Для практических расчетов важно учитывать следующее:
- реальные газы при сжатии не идеальны (но в наших условиях отличие не более 1..2%)
- реальные баллоны не 40-литровые (истинный объем баллона выбит на корпусе баллона)
- реальные баллоны наполняются с допуском -5..+5 кгс/кв.см от номинального давления

Пренебрегая этими мелкими несообразностями, для 40-литровых баллонов можно принять:
Азот = 14.007 * 2 * 40 * 6.03515 = 6763 г/баллон
Аргон = 39.948 * 40 * 6.03515 = 9644 г/баллон
Водород = 1.008 * 2 * 40 * 6.03515 = 487 г/баллон
Гелий = 4.0026 * 40 * 6.03515 = 966 г/баллон
Кислород = 15.999 * 2 * 40 * 6.03515 = 7725 г/баллон

Можно расчитать количество аргона и углекислоты в 80А20У смеси (сообразно закону Дальтона суммарное давление газа равно сумме давлений газов, взятых по отдельности):

80А20У = (39.948 * 0.8 + 44.005 * 0.2) * 40 * 6.03515 = 7715(аргона) + 2125(углекислоты) = 9840 г/баллон

Однако, расчитать таким образом массу углекислоты или массу пропана в баллоне не получится - эти газы под давлением находятся в жидком состоянии и наполняются непосредственно по массе.

А.Г.Блинов