მეცნიერების ექსპერიმენტები აირების კინეტიკური მოლეკულური თეორიის მონაწილეობაში

კინეტიკური მოლეკულური თეორიის თანახმად, გაზი შედგება მცირე რაოდენობით მოლეკულებისგან, რომლებიც მუდმივი შემთხვევითი მოძრაობით არიან, ეჯახებიან ერთმანეთს და მათში შემავალ კონტეინერს. წნევა არის ამ შეჯახების ძალის წმინდა შედეგი კონტეინერის კედელთან და ტემპერატურა ადგენს მოლეკულების საერთო სიჩქარეს. რამდენიმე სამეცნიერო ექსპერიმენტი ასახავს ტემპერატურის, წნევის და გაზების მოცულობას შორის ურთიერთკავშირებს.

თხევადი აზოტი არის იაფი თხევადი გაზი, რომელიც შესაძლებელია სამრეწველო შედუღების დისტრიბუტორების უმეტესობისგან; მისი ძალიან დაბალი ტემპერატურა საშუალებას გაძლევთ მკვეთრად წარმოაჩინოთ კინეტიკური მოლეკულური თეორიის რამდენიმე პრინციპი. მიუხედავად იმისა, რომ შედარებით უსაფრთხოა, მასთან მუშაობა მოითხოვს კრიოგენული ხელთათმანებისა და უსაფრთხოების სათვალის გამოყენებას. შეიძინეთ რამდენიმე ლიტრი თხევადი აზოტი და ღია ფერადი ქაფი, როგორიცაა პიკნიკის გამაგრილებელი. ააფეთქეთ წვეულების ბუშტი და დააკარით. ჩაასხით თხევადი აზოტი ჭურჭელში და მოათავსეთ ბუშტი სითხის თავზე. რამდენიმე წუთში დაინახავთ, რომ ბუშტი შესამჩნევად იკუმშება, სანამ ის მთლიანად არ გაბერა. უკიდურესი სიცივე ანელებს გაზში მოლეკულებს, რაც ასევე ამცირებს წნევას და მოცულობას. ფრთხილად ამოიღეთ ბუშტი კონტეინერიდან და დააწყვეთ იატაკზე. რაც დათბება, ის გაფართოვდება და ადრინდელ ზომამდე მიდის.

თუ აირის კონტეინერის მოცულობას ნელა შეცვლით, იცვლება წნევაც, მაგრამ ტემპერატურა დგას. ამის დემონსტრირებისთვის საჭიროა ჰერმეტული შპრიცი, რომელიც მითითებულია მილილიტრებში და წნევის ლიანდაგი. პირველ რიგში, შპრიცი გაიყვანეთ, ასე რომ დგუში ყველაზე მაღალ ნიშნულზეა. გაითვალისწინეთ წნევის მაჩვენებელი და შპრიცის მოცულობა. შპრიცის დგუში დააჭირეთ 1 მილილიტრს და ჩამოწერეთ წნევა და მოცულობა. რამდენჯერმე გაიმეორეთ პროცესი. როდესაც მოცულობას გავამრავლებთ წნევაზე თითოეული მოსმენით, უნდა მიიღოთ იგივე რიცხვითი შედეგი. ეს ექსპერიმენტი ასახავს ბოილის კანონს, სადაც ნათქვამია, რომ როდესაც ტემპერატურა მუდმივია, წნევის და ტემპერატურის პროდუქტიც მუდმივია.

კომპრესიული აალება არის საჩვენებელი მოწყობილობა, რომელიც შედგება დგუშისგან, დახურულ გამჭვირვალე ცილინდრში. თუ ბალონში მოათავსეთ ქსოვილის ქაღალდის ნაჭერი და დაახურეთ თავსახური, შემდეგ ხელით დაარტყი დგუშის სახელურს, მოქმედება სწრაფად შეკუმშავს ჰაერს შიგნით. ეს წარმოქმნის პირობას, რომელსაც ადიაბატური გათბობა ეწოდება: მოულოდნელად შემოიფარგლება პატარა სივრცეში, ჰაერი ცხელდება ისე, რომ ქაღალდი აინთოს.

მუდმივი მოცულობის აპარატი შედგება მეტალის ბოლქვისგან, რომელსაც თან ერთვის წნევის ლიანდაგი. ბოლქვი შეიცავს ჰაერს 14,7 PSI წნევის დროს. ამ მოწყობილობის გამოყენებით შეგიძლიათ შეაფასოთ წნევა, როდესაც ტემპერატურა აბსოლუტურად ნულოვანია. ამისათვის დაგჭირდებათ სამი კონტეინერი: ერთი შეიცავს მდუღარე წყალს, მეორე შეიცავს ყინულის წყალს და მესამე შეიცავს თხევად აზოტს. ჩაყარეთ ლითონის ბოლქვი ცხელი წყლის აბაზანაში და დაველოდოთ რამდენიმე წუთს ტემპერატურის სტაბილიზაციას. ჩამოწერეთ წნევა, რომელიც მითითებულია ლიანდაგზე, ტემპერატურა კელვინებში - 373. შემდეგ, განათავსეთ ბოლქვი ყინულის წყლის აბაზანაში და კვლავ გაითვალისწინეთ წნევა და ტემპერატურა, 273 კელვინი. გაიმეორეთ თხევადი აზოტით 77 კელვინზე. გრაფიკული ქაღალდის გამოყენებით აღნიშნეთ ჩაწერილი წერტილები, წნევით y ღერძზე და ტემპერატურაზე x ღერძზე. თქვენ უნდა გქონდეთ საკმაოდ სწორი ხაზის გავლება წერტილების მეშვეობით, რომლებიც კვეთს y ღერძს, მიუთითებს წნევაზე, როდესაც ტემპერატურა ნულოვანი კელვინია.