Expériences avec l'azote liquide

L'azote liquide a une grande valeur pour démontrer les principes scientifiques; bien qu'il soit très froid et nécessite une manipulation soigneuse, le LN2 est peu coûteux, non toxique et chimiquement inerte. Parce qu'il fait extrêmement froid - moins 196 degrés Celsius (moins 320 degrés Fahrenheit), il peut vous aider à démontrer des phénomènes d'une manière inaccessible à des températures ambiantes normales. L'azote liquide ajoute du flair, du plaisir et du drame aux démonstrations scientifiques.

Le principal danger de l'azote liquide est le froid extrême; toute partie du corps exposée directement au LN2 peut rapidement subir des blessures. Ceci s'applique également au toucher d'objets refroidis à l'azote liquide. Lorsque vous travaillez avec du LN2, portez toujours des lunettes de sécurité et des gants cryogéniques - les gants en caoutchouc ordinaires gèleront et se fissureront. Distribuez du LN2 uniquement à partir d'un dewar cryogénique ou d'un autre récipient approuvé, et utilisez des bols et des boîtes en polystyrène pour contenir les objets de démonstration. N'oubliez pas que le LN2 s'évapore en de grandes quantités d'azote; bien que non toxique, il déplace l'oxygène, alors effectuez vos démonstrations dans un environnement bien ventilé.

L'expérience du « ballon rétrécissant » démontre la loi des gaz parfaits qui relie la température, le volume et la pression. Gonflez un ballon de fête et attachez l'extrémité. Versez environ 200 à 300 ml d'azote liquide dans une petite glacière de pique-nique en polystyrène. Placez délicatement le ballon dans le LN2 afin qu'il entre en contact avec le liquide. Au bout de quelques secondes, le ballon se recroqueville. Retirez le ballon et laissez-le se réchauffer; il va se regonfler. Le LN2 liquéfie l'air à l'intérieur du ballon, réduisant considérablement sa pression et son volume. Lorsqu'on le laisse se réchauffer, le liquide s'évapore, rétablissant la pression à l'intérieur.

À température ambiante, le plomb est un métal très mou. Lorsqu'elle est frappée avec un maillet, une cloche de démonstration en plomb fait un « bruit sourd ». Ajouter environ un demi-litre de LN2 dans un récipient en polystyrène, placez la cloche dans le liquide et laissez quelques minutes se détendre. Retirez la cloche et laissez l'azote liquide s'égoutter. Frappez à nouveau la cloche et elle sonne vivement. Les températures froides réduisent les vibrations thermiques dans les atomes de plomb, rendant le métal plus dur.

Lorsqu'il est ajouté à de l'eau dans les bonnes proportions, l'antigel automobile devient un solide à des températures aussi basses que moins 55 degrés Celsius (moins 67 degrés Fahrenheit). Bien que cela soit suffisant pour que la plupart des voitures passent l'hiver, l'azote liquide est si froid qu'il gèle l'antigel solide. Pour démontrer, faites un mélange 70/30 d'antigel à de l'eau et versez environ 150 ml dans un bol en polystyrène. Ajoutez quelques centaines de mL de LN2 et attendez une minute ou deux; l'antigel devient un liquide sirupeux, puis se fige en cristaux. Après quelques minutes, le LN2 s'évapore et le mélange antigel se réchauffe et redevient liquide.