気体の運動分子理論を含む科学実験

運動分子理論によれば、ガスは多数の小さな分子で構成されており、すべてが一定のランダムな動きをしており、互いに衝突し、それらを保持する容器が衝突します。 圧力は、コンテナの壁に対するこれらの衝突の力の正味の結果であり、温度は分子の全体的な速度を設定します。 いくつかの科学実験は、温度、圧力、ガスの体積の関係を示しています。

液体窒素は、ほとんどの工業用溶接販売業者から入手できる安価な液化ガスです。 その非常に低い温度により、運動分子理論のいくつかの原理を劇的に示すことができます。 比較的安全ですが、使用するには極低温手袋と安全ゴーグルを使用する必要があります。 数リットルの液体窒素と、ピクニッククーラーなどの発泡スチロール容器を用意します。 パーティーバルーンを膨らませて結びます。 液体窒素を容器に注ぎ、バルーンを液体の上に置きます。 しばらくすると、バルーンが完全に収縮するまで、バルーンが著しく収縮するのがわかります。 極端な寒さはガス中の分子を遅くし、それはまた圧力と体積を減らします。 風船を容器から注意深く取り出し、床に置きます。 暖まると、元のサイズに拡大します。

ガスの容器の容積をゆっくりと変えると、圧力も変わりますが、温度は一定に保たれます。 これを実証するには、ミリリットルでマークされた気密注射器と圧力計が必要です。 まず、ピストンが最高点になるようにシリンジを引き抜きます。 圧力の読み取り値とシリンジの容量に注意してください。 シリンジピストンを1ミリリットル押し込み、圧力と容量を書き留めます。 このプロセスを数回繰り返します。 体積に各読み取り値の圧力を掛けると、同じ数値結果が得られるはずです。 この実験は、温度が一定の場合、圧力と温度の積も一定であるというボイルの法則を示しています。

圧縮点火装置は、閉じた透明なシリンダー内のピストンで構成されるデモンストレーションデバイスです。 ティッシュペーパーをシリンダーに入れてキャップをねじ込み、ピストンハンドルを手で叩くと、内部の空気が急速に圧縮されます。 これにより、断熱加熱と呼ばれる状態が発生します。小さなスペースに突然閉じ込められると、空気は紙に点火するのに十分なほど熱くなります。

定容装置は、圧力計が取り付けられた金属製の電球で構成されています。 バルブには、14.7PSIの圧力の空気が含まれています。 この装置を使用すると、温度が絶対零度のときの圧力を推定できます。 これを行うには、3つのコンテナが必要になります。1つは沸騰したお湯、もう1つは氷水、3つ目は液体窒素です。 金属製の電球を湯浴に浸し、温度が安定するまで数分待ちます。 ゲージに示されている圧力とケルビン単位の温度を書き留めます--373。 次に、電球を氷水浴に入れ、圧力と温度、273ケルビンに再度注意します。 77ケルビンの液体窒素で繰り返します。 グラフ用紙を使用して、y軸に圧力、x軸に温度を使用して、記録されたポイントをマークします。 y軸と交差する点を通るかなり直線を描くことができるはずです。これは、温度がゼロケルビンのときの圧力を示します。