Според кинетичната молекулярна теория газът се състои от голям брой малки молекули, всички в постоянно произволно движение, сблъсквайки се помежду си и контейнера, който ги задържа. Налягането е нетният резултат от силата на тези сблъсъци върху стената на контейнера, а температурата определя общата скорост на молекулите. Няколко научни експеримента илюстрират връзката между температурата, налягането и обема на газа.
Балон в течен азот
Течният азот е евтин втечнен газ, предлаган от повечето промишлени дистрибутори за заваряване; неговата изключително ниска температура ви позволява драматично да демонстрирате няколко принципа на кинетичната молекулярна теория. Въпреки че е относително безопасен, работата с него изисква използването на криогенни ръкавици и предпазни очила. Вземете няколко литра течен азот и отворен контейнер от стиропор като охладител за пикник. Надуйте парти балон и го завържете. Изсипете течния азот в контейнера и поставете балона върху течността. След няколко мига ще видите как балонът се свива забележимо, докато стане напълно издут. Силният студ забавя молекулите в газа, което също намалява налягането и обема. Внимателно извадете балона от контейнера и го поставете на пода. Докато се затопля, той ще се разшири до предишния си размер.
Налягане и обем с постоянна температура
Ако промените бавно обема на резервоар с газ, налягането също се променя, но температурата се поддържа стабилна. За да докажете това, имате нужда от херметична спринцовка, маркирана в милилитри и манометър. Първо извадете спринцовката, така че буталото да е на най-високата си марка. Обърнете внимание на показанията за налягане и обема на спринцовката. Натиснете буталото на спринцовката с 1 милилитър и запишете налягането и обема. Повторете процеса няколко пъти. Когато умножавате силата на звука по налягането за всяко отчитане, трябва да получите същия цифров резултат. Този експеримент илюстрира закона на Бойл, който казва, че когато температурата е постоянна, произведението на налягането и температурата също са постоянни.
Запалителен компресор
Запалител за компресия е демонстрационно устройство, състоящо се от бутало вътре в затворен прозрачен цилиндър. Ако поставите парче хартия в цилиндъра и завиете капачката, след което ударите с ръка дръжката на буталото, действието бързо компресира въздуха вътре. Това води до състояние, наречено адиабатно нагряване: внезапно затворено в по-малко пространство, въздухът става достатъчно горещ, за да запали хартията.
Оценка на абсолютната нула
Апарат с постоянен обем се състои от метална крушка с прикрепен манометър. Крушката съдържа въздух под налягане 14,7 PSI. С помощта на това устройство можете да изчислите налягането, когато температурата е абсолютна нула. За да направите това, ще ви трябват три контейнера: единият съдържа вряща вода, друг съдържа ледена вода и трети съдържа течен азот. Потопете металната крушка във ваната с гореща вода и изчакайте няколко минути, за да се стабилизира температурата. Запишете налягането, посочено на манометъра, заедно с температурата в келвини - 373. След това поставете крушката в банята с ледена вода и отново отбележете налягането и температурата, 273 келвина. Повторете с течния азот при 77 келвина. С помощта на милиметрова хартия маркирайте записаните точки с натиск върху оста y и температура върху оста x. Би трябвало да можете да нарисувате доста права линия през точките, които пресичат оста y, показваща налягането, когато температурата е нула келвини.