Secondo la teoria cinetica molecolare, un gas è costituito da un gran numero di minuscole molecole, tutte in costante movimento casuale, in collisione tra loro e il contenitore che le contiene. La pressione è il risultato netto della forza di tali collisioni contro la parete del contenitore e la temperatura imposta la velocità complessiva delle molecole. Diversi esperimenti scientifici illustrano le relazioni tra temperatura, pressione e volume di gas.
Palloncino in azoto liquido
L'azoto liquido è un gas liquefatto economico disponibile dalla maggior parte dei distributori di saldatura industriali; la sua temperatura estremamente bassa consente di dimostrare in modo drammatico diversi principi della teoria molecolare cinetica. Sebbene sia relativamente sicuro, lavorare con esso richiede l'uso di guanti criogenici e occhiali protettivi. Ottenere alcuni litri di azoto liquido e un contenitore di polistirolo aperto come un dispositivo di raffreddamento per picnic. Gonfia un pallone del partito e legalo. Versare l'azoto liquido nel contenitore e posizionare il palloncino sopra al liquido. In pochi istanti, il palloncino si restringe notevolmente fino a quando non diventa completamente sgonfiato. Il freddo estremo rallenta le molecole nel gas, che riduce anche la pressione e il volume. Rimuovere con cautela il palloncino dal contenitore e appoggiarlo sul pavimento. Mentre si riscalda, si espanderà fino alle dimensioni precedenti.
Pressione e volume con temperatura costante
Se si modifica lentamente il volume di un contenitore di gas, la pressione cambia anche se la temperatura non viene mantenuta costante. Per dimostrarlo, hai bisogno di una siringa ermetica marcata in millilitri e un manometro. Per prima cosa, ritirare la siringa in modo che il pistone abbia raggiunto il punto più alto. Notare la lettura della pressione e il volume della siringa. Premere il pistone della siringa per 1 millilitro e annotare la pressione e il volume. Ripeti il processo alcune volte. Quando moltiplichi il volume per la pressione per ogni lettura, dovresti ottenere lo stesso risultato numerico. Questo esperimento illustra la legge di Boyle, che dice che quando la temperatura è costante, il prodotto di pressione e temperatura sono anche costanti.
Compressione Igniter
Un accenditore a compressione è un dispositivo di dimostrazione costituito da un pistone all'interno un cilindro trasparente chiuso. Se si posiziona un pezzo di carta velina nel cilindro e si avvita il cappuccio, quindi si colpisce la maniglia del pistone con la mano, l'azione comprime rapidamente l'aria all'interno. Questo produce una condizione chiamata riscaldamento adiabatico: improvvisamente confinato in uno spazio più piccolo, l'aria diventa abbastanza calda da accendere la carta.
Stima dello zero assoluto
Un apparato a volume costante costituito da una lampadina metallica con un manometro collegato. La lampadina contiene aria ad una pressione di 14,7 PSI. Utilizzando questo dispositivo, è possibile stimare la pressione quando la temperatura è zero assoluto. Per fare ciò avrete bisogno di tre contenitori: uno contenente acqua bollente, un altro contenente acqua ghiacciata e un terzo contenente azoto liquido. Immergere la lampadina metallica nel bagno di acqua calda e attendere alcuni minuti che la temperatura si stabilizzi. Annotare la pressione indicata sul misuratore, insieme alla temperatura in kelvin - 373. Quindi, posizionare la lampadina nel bagno di acqua ghiacciata e di nuovo annotare la pressione e la temperatura, 273 kelvin. Ripeti con l'azoto liquido a 77 kelvin. Usando la carta millimetrata, segnare i punti registrati, con la pressione sull'asse ye la temperatura sull'asse x. Dovresti essere in grado di tracciare una linea abbastanza dritta attraverso i punti che intersecano l'asse y, indicando la pressione quando la temperatura è zero kelvin.
