गैसों के काइनेटिक आणविक सिद्धांत को शामिल करने वाले विज्ञान प्रयोग

गतिज आणविक सिद्धांत के अनुसार, एक गैस में बड़ी संख्या में छोटे अणु होते हैं, सभी निरंतर यादृच्छिक गति में, एक दूसरे से टकराते हैं और कंटेनर जो उन्हें धारण करता है। दबाव कंटेनर की दीवार के खिलाफ उन टकरावों के बल का शुद्ध परिणाम है, और तापमान अणुओं की समग्र गति निर्धारित करता है। कई विज्ञान प्रयोग तापमान, दबाव और गैस के आयतन के बीच संबंधों को स्पष्ट करते हैं।

तरल नाइट्रोजन अधिकांश औद्योगिक वेल्डिंग वितरकों से उपलब्ध एक सस्ती तरलीकृत गैस है; इसका बेहद कम तापमान आपको गतिज आणविक सिद्धांत के कई सिद्धांतों को नाटकीय रूप से प्रदर्शित करने देता है। हालांकि यह अपेक्षाकृत सुरक्षित है, इसके साथ काम करने के लिए क्रायोजेनिक दस्ताने और सुरक्षा चश्मे के उपयोग की आवश्यकता होती है। कुछ लीटर तरल नाइट्रोजन और एक खुला स्टायरोफोम कंटेनर जैसे पिकनिक कूलर प्राप्त करें। एक पार्टी के गुब्बारे को फुलाएं और इसे बांध दें। तरल नाइट्रोजन को कंटेनर में डालें और गुब्बारे को तरल के ऊपर रखें। कुछ ही क्षणों में, आप देखेंगे कि गुब्बारा पूरी तरह से तब तक सिकुड़ता है जब तक कि वह पूरी तरह से हवा में न हो जाए। अत्यधिक ठंड गैस में अणुओं को धीमा कर देती है, जिससे दबाव और आयतन भी कम हो जाता है। कंटेनर से गुब्बारे को सावधानी से हटा दें और इसे फर्श पर रख दें। जैसे ही यह गर्म होता है, यह अपने पूर्व आकार में फैल जाएगा।

यदि आप गैस के कंटेनर का आयतन धीरे-धीरे बदलते हैं, तो दबाव भी बदल जाता है लेकिन तापमान स्थिर रहता है। इसे प्रदर्शित करने के लिए, आपको मिलीलीटर में चिह्नित एक वायुरोधी सिरिंज और एक दबाव नापने का यंत्र चाहिए। सबसे पहले, सिरिंज को वापस ले लें ताकि पिस्टन अपने उच्चतम निशान पर हो। दबाव पढ़ने और सिरिंज की मात्रा पर ध्यान दें। सिरिंज पिस्टन को 1 मिली लीटर तक दबाएं और दबाव और आयतन लिख लें। प्रक्रिया को कुछ बार दोहराएं। जब आप प्रत्येक रीडिंग के लिए वॉल्यूम को दबाव से गुणा करते हैं, तो आपको वही संख्यात्मक परिणाम प्राप्त करना चाहिए। यह प्रयोग बॉयल के नियम को दर्शाता है, जो कहता है कि जब तापमान स्थिर होता है, तो दबाव और तापमान का गुणनफल भी स्थिर होता है।

एक कम्प्रेशन इग्नाइटर एक प्रदर्शन उपकरण है जिसमें एक बंद पारदर्शी सिलेंडर के अंदर एक पिस्टन होता है। यदि आप सिलेंडर में टिशू पेपर का एक टुकड़ा रखते हैं और टोपी को पेंच करते हैं, तो पिस्टन के हैंडल को अपने हाथ से दबाएं, क्रिया तेजी से अंदर की हवा को संपीड़ित करती है। यह रुद्धोष्म तापन नामक एक स्थिति उत्पन्न करता है: अचानक एक छोटी सी जगह में सीमित, हवा कागज को प्रज्वलित करने के लिए पर्याप्त गर्म हो जाती है।

एक स्थिर-मात्रा वाले उपकरण में एक धातु का बल्ब होता है जिसमें दबाव नापने का यंत्र लगा होता है। बल्ब में 14.7 पीएसआई के दबाव में हवा होती है। इस उपकरण का उपयोग करके, आप तापमान का पूर्ण शून्य होने पर दबाव का अनुमान लगा सकते हैं। ऐसा करने के लिए आपको तीन कंटेनरों की आवश्यकता होगी: एक में उबलता पानी, दूसरे में बर्फ का पानी और तीसरे में तरल नाइट्रोजन होता है। गर्म पानी के स्नान में धातु के बल्ब को विसर्जित करें और तापमान के स्थिर होने के लिए कुछ मिनट प्रतीक्षा करें। केल्विन में तापमान के साथ-साथ गेज पर दर्शाए गए दबाव को लिखें - 373। इसके बाद, बल्ब को बर्फ के पानी के स्नान में रखें और फिर से दबाव और तापमान, 273 केल्विन पर ध्यान दें। ७७ केल्विन पर तरल नाइट्रोजन के साथ दोहराएँ । ग्राफ पेपर का उपयोग करके, दर्ज किए गए बिंदुओं को y-अक्ष पर दबाव और x-अक्ष पर तापमान के साथ चिह्नित करें। आपको y-अक्ष को प्रतिच्छेद करने वाले बिंदुओं के माध्यम से एक काफी सीधी रेखा खींचने में सक्षम होना चाहिए, जो तापमान के शून्य केल्विन होने पर दबाव का संकेत देता है।