Volgens kinetische moleculaire theorie bestaat een gas uit een groot aantal minuscule moleculen, die allemaal in constante willekeurige beweging botsen met elkaar en de container die ze vasthoudt. Druk is het netto resultaat van de kracht van die botsingen tegen de wand van de container en de temperatuur bepaalt de algehele snelheid van de moleculen. Verschillende wetenschappelijke experimenten illustreren de relaties tussen temperatuur, druk en volume van gas.

Ballon in vloeibare stikstof

Vloeibare stikstof is een goedkoop vloeibaar gas dat verkrijgbaar is bij de meeste industriële lasverdelers; zijn extreem lage temperatuur laat je dramatisch verschillende principes van kinetische moleculaire theorie demonstreren. Hoewel het relatief veilig is, vereist het werken met het het gebruik van cryogene handschoenen en een veiligheidsbril. Verkrijg een paar liter vloeibare stikstof en een open piepschuimcontainer zoals een picknickkoeler. Blaas een feestballon op en knoop hem af. Giet de vloeibare stikstof in de container en plaats de ballon bovenop de vloeistof. Binnen enkele ogenblikken ziet u de ballon duidelijk krimpen totdat deze volledig leegloopt. De extreme kou vertraagt ​​de moleculen in het gas, waardoor ook de druk en het volume afnemen. Verwijder de ballon voorzichtig uit de container en plaats deze op de vloer. Naarmate het warmer wordt, zal het zich uitbreiden naar zijn vroegere grootte.

Druk en volume met constante temperatuur

Als u het volume van een container met gas langzaam verandert, verandert de druk ook maar de temperatuur blijft steady. Om dit aan te tonen, heeft u een luchtdichte spuit nodig gemarkeerd in milliliters en een manometer. Trek eerst de spuit eruit, zodat de zuiger op zijn hoogste punt staat. Let op de drukaflezing en het spuitvolume. Druk de zuiger van de spuit 1 milliliter in en noteer de druk en het volume. Herhaal het proces een paar keer. Wanneer u het volume vermenigvuldigt met de druk voor elke meting, moet u hetzelfde numerieke resultaat verkrijgen. Dit experiment illustreert de wet van Boyle, die zegt dat wanneer de temperatuur constant is, het product van druk en temperatuur ook constant is.

Compressieontsteker

Een compressieontsteker is een demonstratie-apparaat dat bestaat uit een zuiger aan de binnenkant een gesloten transparante cilinder. Als u een stukje vloeipapier in de cilinder plaatst en de dop erop schroeft, raakt u met uw hand de zuigerhandgreep aan, de actie comprimeert de lucht binnenin snel. Dit produceert een aandoening die adiabatische verwarming wordt genoemd: plotseling opgesloten in een kleinere ruimte, de lucht wordt heet genoeg om het papier te ontsteken.

Absolute nul beoordelen |

Een apparaat met constant volume bestaat uit een metalen lamp met een manometer bevestigd. De lamp bevat lucht met een druk van 14,7 PSI. Met dit apparaat kunt u de druk schatten wanneer de temperatuur absoluut nul is. Hiervoor hebt u drie containers nodig: een met kokend water, een andere met ijswater en een derde met vloeibare stikstof. Dompel de metalen lamp onder in het hete waterbad en wacht een paar minuten totdat de temperatuur is gestabiliseerd. Noteer de druk aangegeven op de meter, samen met de temperatuur in Kelvin - 373. Plaats vervolgens de lamp in het ijswaterbad en merk opnieuw de druk en temperatuur op, 273 Kelvins. Herhaal met de vloeibare stikstof bij 77 kelvin. Teken met grafiekpapier de geregistreerde punten af ​​met druk op de y-as en temperatuur op de x-as. Je zou in staat moeten zijn om een ​​vrij rechte lijn te trekken door de punten die de y-as kruisen, met vermelding van de druk wanneer de temperatuur nul kelvins is.