Pagal kinetinę molekulinę teoriją dujos susideda iš daugybės mažų molekulių, kurios visos yra nuolatinio atsitiktinio judėjimo, susiduria viena su kita ir jas laikančiu indu. Slėgis yra grynasis tų susidūrimų prieš talpos sienelę jėgos rezultatas, o temperatūra nustato bendrą molekulių greitį. Keletas mokslo eksperimentų iliustruoja temperatūros, slėgio ir dujų tūrio santykius.
Balionas skystame azote
Skystas azotas yra nebrangios suskystintos dujos, kurias galima įsigyti iš daugelio pramoninių suvirinimo platintojų; itin žema temperatūra leidžia dramatiškai parodyti keletą kinetinės molekulinės teorijos principų. Nors jis yra gana saugus, dirbant su juo reikia naudoti kriogenines pirštines ir apsauginius akinius. Gaukite kelis litrus skysto azoto ir atvirą putų polistirolo tarą, pvz., Iškylą aušintuvui. Pripūskite balioną ir suriškite. Supilkite skystą azotą į indą ir padėkite balioną ant skysčio. Po kelių akimirkų pamatysite, kad oro balionas pastebimai susitraukia, kol jis visiškai ištuštės. Didelis šaltis sulėtina dujų molekules, o tai taip pat sumažina slėgį ir tūrį. Balioną atsargiai išimkite iš indo ir padėkite ant grindų. Atšilus jis išsiplės iki buvusio dydžio.
Slėgis ir tūris esant pastoviai temperatūrai
Jei lėtai keičiate dujų bako tūrį, slėgis taip pat keičiasi, tačiau temperatūra išlieka pastovi. Norėdami tai įrodyti, jums reikia hermetiško švirkšto, pažymėto mililitrais, ir manometro. Pirmiausia ištraukite švirkštą taip, kad stūmoklis būtų aukščiausias. Atkreipkite dėmesį į slėgio rodmenis ir švirkšto tūrį. Paspauskite švirkšto stūmoklį 1 mililitru ir užrašykite slėgį ir tūrį. Pakartokite procesą keletą kartų. Padauginę tūrį iš slėgio kiekvienam rodmeniui, turėtumėte gauti tą patį skaitinį rezultatą. Šis eksperimentas iliustruoja Boyle'o dėsnį, sakantį, kad kai temperatūra yra pastovi, slėgio ir temperatūros sandauga taip pat yra pastovi.
Kompresinis uždegiklis
Kompresinis uždegiklis yra parodomasis įtaisas, sudarytas iš stūmoklio uždaro permatomo cilindro viduje. Jei į cilindrą įdėsite audinio popieriaus gabalėlį ir užsukite dangtelį, tada ranka paspauskite stūmoklio rankeną, veiksmas greitai suspaudžia orą viduje. Tai sukelia būklę, vadinamą adiabatiniu šildymu: staiga uždarytas mažesnėje erdvėje, oras tampa pakankamai karštas, kad uždegtų popierių.
Absoliutaus nulio įvertinimas
Pastovaus tūrio aparatą sudaro metalinė lemputė su pritvirtintu manometru. Lemputėje yra 14,7 PSI slėgio oro. Naudodamiesi šiuo prietaisu, galite įvertinti slėgį, kai temperatūra yra absoliuti nulis. Norėdami tai padaryti, jums reikės trijų indų: viename yra verdančio vandens, kitame - ledinio vandens, o trečiame - skysto azoto. Metalinę lemputę panardinkite į karšto vandens vonią ir palaukite kelias minutes, kol temperatūra stabilizuosis. Užrašykite matuoklyje nurodytą slėgį kartu su temperatūra kelvinais - 373. Tada įdėkite lemputę į ledo vandens vonią ir vėl atkreipkite dėmesį į slėgį ir temperatūrą, 273 kelvinus. Pakartokite su skystu azotu 77 kelvinais. Naudodami grafinį popierių, pažymėkite užfiksuotus taškus, spausdami y ašį ir temperatūrą ant x ašies. Turėtumėte sugebėti nubrėžti gana tiesią liniją per taškus, kertančius y ašį, nurodydami slėgį, kai temperatūra yra lygi nuliui kelvinų.