Podle kinetické molekulární teorie se plyn skládá z velkého počtu drobných molekul, které jsou v neustálém náhodném pohybu, srážejí se navzájem a nádobou, která je drží. Tlak je čistým výsledkem síly těchto srážek se stěnou nádoby a teplota určuje celkovou rychlost molekul. Několik vědeckých experimentů ilustruje vztahy mezi teplotou, tlakem a objemem plynu.
Balón v kapalném dusíku
Kapalný dusík je levný zkapalněný plyn dostupný u většiny průmyslových distributorů svařování; jeho extrémně nízká teplota umožňuje dramaticky demonstrovat několik principů kinetické molekulární teorie. I když je to relativně bezpečné, práce s ním vyžaduje použití kryogenních rukavic a ochranných brýlí. Získejte několik litrů tekutého dusíku a otevřenou nádobu z polystyrenu, například piknikový chladič. Nafoukněte balón na večírek a svažte ho. Nalijte kapalný dusík do nádoby a umístěte balónek na kapalinu. Za pár okamžiků uvidíte, jak se balónek znatelně zmenšuje, dokud se zcela nevyfoukne. Extrémní chlad zpomaluje molekuly v plynu, což také snižuje tlak a objem. Opatrně vyjměte balónek z nádoby a položte jej na podlahu. Jak se zahřívá, bude expandovat do své původní velikosti.
Tlak a objem s konstantní teplotou
Pokud pomalu měníte objem nádoby s plynem, mění se také tlak, ale teplota se udržuje stabilní. K prokázání toho potřebujete vzduchotěsnou stříkačku označenou v mililitrech a tlakoměr. Nejprve vytáhněte stříkačku tak, aby byl píst na nejvyšší značce. Poznamenejte si hodnotu tlaku a objem stříkačky. Stiskněte píst stříkačky o 1 mililitr a zapište si tlak a objem. Opakujte postup několikrát. Když vynásobíte objem tlakem pro každé čtení, měli byste získat stejný číselný výsledek. Tento experiment ilustruje Boyleův zákon, který říká, že když je teplota konstantní, je konstantní také produkt tlaku a teploty.
Kompresní zapalovač
Kompresní zapalovač je demonstrační zařízení skládající se z pístu uvnitř uzavřeného průhledného válce. Pokud vložíte kousek hedvábného papíru do válce a zašroubujete víčko, pak rukou udeříte do rukojeti pístu, akce rychle stlačí vzduch uvnitř. Tím vznikne podmínka zvaná adiabatické zahřívání: náhle uzavřený v menším prostoru je vzduch dostatečně horký, aby zapálil papír.
Odhad absolutní nuly
Zařízení s konstantním objemem se skládá z kovové baňky s připojeným manometrem. Žárovka obsahuje vzduch o tlaku 14,7 PSI. Pomocí tohoto zařízení můžete odhadnout tlak, když je teplota absolutně nulová. K tomu budete potřebovat tři nádoby: jednu s vroucí vodou, druhou s ledovou vodou a třetí s tekutým dusíkem. Ponořte kovovou baňku do horkovodní lázně a počkejte několik minut, než se teplota ustálí. Zapište si tlak uvedený na měřidle spolu s teplotou v kelvinech - 373. Poté umístěte baňku do lázně s ledovou vodou a znovu zaznamenejte tlak a teplotu 273 kelvinů. Opakujte s kapalným dusíkem při 77 kelvinech. Pomocí milimetrového papíru označte zaznamenané body tlakem na ose y a teplotou na ose x. Měli byste být schopni nakreslit docela přímku skrz body, které protínají osu y, což ukazuje tlak, když je teplota nulová kelvin.