ניסויים מדעיים הכוללים את התיאוריה המולקולרית הקינטית של גזים

על פי התיאוריה המולקולרית הקינטית, גז מורכב ממספר רב של מולקולות זעירות, כולן בתנועה אקראית מתמדת, המתנגשות זו בזו ובמיכל המחזיק אותן. לחץ הוא התוצאה נטו מכוח ההתנגשויות הללו על דופן המכולה, והטמפרטורה קובעת את המהירות הכוללת של המולקולות. מספר ניסויים מדעיים ממחישים את הקשר בין טמפרטורה, לחץ ונפח הגז.

חנקן נוזלי הוא גז נוזלי זול שניתן להשיג ברוב מפיצי הריתוך התעשייתיים; הטמפרטורה הנמוכה ביותר שלה מאפשרת לך להפגין באופן דרמטי כמה עקרונות של התיאוריה המולקולרית הקינטית. למרות שזה בטוח יחסית, העבודה איתו דורשת שימוש בכפפות קריוגניות ובמשקפי בטיחות. השג כמה ליטרים של חנקן נוזלי ומיכל קלקר פתוח כמו מקרר לפיקניק. מנפחים בלון מסיבות וקושרים אותו. יוצקים את החנקן הנוזלי למיכל ומניחים את הבלון על גבי הנוזל. בעוד כמה רגעים תראה את הבלון מתכווץ בצורה ניכרת עד שהוא מנופח לחלוטין. הקור העז מאט את המולקולות בגז, מה שמפחית גם את הלחץ והנפח. הוציאו בזהירות את הבלון מהמיכל והניחו אותו על הרצפה. עם התחממותו הוא יתרחב לגודלו הקודם.

אם אתה משנה את נפח מיכל הגז לאט, הלחץ משתנה אך הטמפרטורה נשמרת יציבה. כדי להדגים זאת, אתה זקוק למזרק אטום המסומן במיליליטר ולמד לחץ. ראשית, משוך את המזרק כך שהבוכנה תהיה בסימן הגבוה ביותר. שימו לב לקריאת הלחץ ולנפח המזרק. לחץ על בוכנה המזרק על ידי מיליליטר אחד וכתוב את הלחץ והנפח. חזור על התהליך כמה פעמים. כאשר מכפילים את עוצמת הקול בלחץ לכל קריאה, עליכם להשיג את אותה תוצאה מספרית. ניסוי זה ממחיש את חוק בויל, האומר שכאשר הטמפרטורה קבועה, גם תוצר הלחץ והטמפרטורה קבועים.

מצת דחיסה הוא מכשיר הדגמה המורכב מבוכנה בתוך גליל שקוף סגור. אם אתה מניח פיסת נייר טישו בתוך הגליל ומבריג את המכסה, ואז מכה בידית הבוכנה בידך, הפעולה דוחסת במהירות את האוויר פנימה. זה מייצר מצב שנקרא חימום אדיאבטי: פתאום מוגבל בחלל קטן יותר, האוויר נהיה חם מספיק כדי להצית את הנייר.

מנגנון בנפח קבוע מורכב מנורת מתכת עם מד לחץ מחובר. הנורה מכילה אוויר בלחץ של 14.7 PSI. באמצעות מכשיר זה תוכלו לאמוד את הלחץ כאשר הטמפרטורה היא אפס מוחלט. לשם כך תזדקק לשלושה מיכלים: אחד המכיל מים רותחים, אחד מכיל מי קרח ושלישי המכיל חנקן נוזלי. טבלו את נורת המתכת באמבט המים החמים והמתינו מספר דקות עד שהטמפרטורה תתייצב. כתוב את הלחץ המצוין על המד, יחד עם הטמפרטורה בקלווינים - 373. לאחר מכן, הניח את הנורה באמבט מי הקרח ושוב שים לב ללחץ והטמפרטורה, 273 קלווינים. חזור על הפעולה עם החנקן הנוזלי ב 77 קלווינים. בעזרת נייר גרף סמן את הנקודות הרשומות, עם לחץ על ציר ה- y והטמפרטורה על ציר ה- X. אתה אמור להיות מסוגל לשרטט קו ישר למדי דרך הנקודות המצטלבות בציר ה- y, המציין את הלחץ כאשר הטמפרטורה היא אפס קלווין.