Eksperimen Sains yang Melibatkan Teori Molekuler Kinetik Gas

Menurut teori molekuler kinetik, gas terdiri dari sejumlah besar molekul kecil, semuanya dalam gerakan acak yang konstan, bertabrakan satu sama lain dan wadah yang menahannya. Tekanan adalah hasil bersih dari gaya tumbukan terhadap dinding wadah, dan suhu menentukan kecepatan keseluruhan molekul. Beberapa percobaan sains menggambarkan hubungan antara suhu, tekanan, dan volume gas.

Nitrogen cair adalah gas cair murah yang tersedia dari sebagian besar distributor las industri; suhunya yang sangat rendah memungkinkan Anda mendemonstrasikan secara dramatis beberapa prinsip teori molekuler kinetik. Meskipun relatif aman, bekerja dengannya membutuhkan penggunaan sarung tangan kriogenik dan kacamata pengaman. Siapkan beberapa liter nitrogen cair dan wadah styrofoam terbuka seperti pendingin piknik. Mengembang balon pesta dan mengikatnya. Tuang nitrogen cair ke dalam wadah dan letakkan balon di atas cairan. Dalam beberapa saat, Anda akan melihat balon menyusut secara nyata hingga benar-benar kempes. Dingin yang ekstrem memperlambat molekul dalam gas, yang juga mengurangi tekanan dan volume. Keluarkan balon dengan hati-hati dari wadah dan letakkan di lantai. Saat menghangat, ia akan mengembang ke ukuran semula.

Jika Anda mengubah volume wadah gas secara perlahan, tekanannya juga berubah tetapi suhunya tetap stabil. Untuk menunjukkan ini, Anda memerlukan jarum suntik kedap udara yang ditandai dalam mililiter dan pengukur tekanan. Pertama, tarik spuit sehingga piston berada pada tanda tertinggi. Catat pembacaan tekanan dan volume spuit. Tekan piston jarum suntik sebesar 1 mililiter dan tuliskan tekanan dan volumenya. Ulangi prosesnya beberapa kali. Ketika Anda mengalikan volume dengan tekanan untuk setiap pembacaan, Anda harus mendapatkan hasil numerik yang sama. Percobaan ini menggambarkan Hukum Boyle, yang mengatakan bahwa ketika suhu konstan, produk tekanan dan suhu juga konstan.

Penyala kompresi adalah perangkat demonstrasi yang terdiri dari piston di dalam silinder transparan tertutup. Jika Anda meletakkan selembar kertas tisu di dalam silinder dan memasang tutupnya, lalu tekan pegangan piston dengan tangan Anda, tindakan itu dengan cepat memampatkan udara di dalamnya. Ini menghasilkan kondisi yang disebut pemanasan adiabatik: tiba-tiba terkurung di ruang yang lebih kecil, udara menjadi cukup panas untuk menyalakan kertas.

Peralatan volume konstan terdiri dari bola logam dengan pengukur tekanan terpasang. Bola lampu berisi udara pada tekanan 14,7 PSI. Dengan menggunakan perangkat ini, Anda dapat memperkirakan tekanan saat suhu nol mutlak. Untuk melakukan ini, Anda memerlukan tiga wadah: satu berisi air mendidih, yang lain berisi air es, dan yang ketiga berisi nitrogen cair. Rendam bohlam logam dalam bak air panas dan tunggu beberapa menit hingga suhu stabil. Tuliskan tekanan yang ditunjukkan pada pengukur, bersama dengan suhu dalam kelvin -- 373. Selanjutnya, letakkan bola lampu di penangas air es dan perhatikan lagi tekanan dan suhunya, 273 kelvin. Ulangi dengan nitrogen cair pada 77 kelvin. Dengan menggunakan kertas grafik, tandai titik-titik yang direkam, dengan tekanan pada sumbu y dan suhu pada sumbu x. Anda harus dapat menggambar garis yang cukup lurus melalui titik-titik yang memotong sumbu y, yang menunjukkan tekanan saat suhu nol kelvin.