Saskaņā ar kinētisko molekulu teoriju gāze sastāv no liela skaita sīku molekulu, kuras visas atrodas nemainīgā nejaušā kustībā, saduras viena ar otru un konteineru, kas tās notur. Spiediens ir šo sadursmju spēka neto rezultāts pret konteinera sienu, un temperatūra nosaka molekulu kopējo ātrumu. Vairāki zinātnes eksperimenti ilustrē attiecības starp temperatūru, spiedienu un gāzes tilpumu.
Balons šķidrā slāpeklī
Šķidrais slāpeklis ir lēta sašķidrināta gāze, kas ir pieejama lielākajā daļā rūpniecisko metināšanas izplatītāju; tā ārkārtīgi zemā temperatūra ļauj dramatiski demonstrēt vairākus kinētiskās molekulārās teorijas principus. Lai gan tas ir samērā drošs, darbam ar to ir nepieciešami kriogēnie cimdi un aizsargbrilles. Iegūstiet dažus litrus šķidrā slāpekļa un atvērtu putupolistirola trauku, piemēram, piknika dzesētāju. Piepūš ballītes balonu un piesien to. Tvertnē ielejiet šķidro slāpekli un uzlieciet balonu šķidruma augšpusē. Pēc dažiem mirkļiem jūs redzēsiet, kā gaisa balons manāmi sarūk, līdz tas kļūst pilnībā iztukšots. Ļoti auksts palēnina molekulas gāzē, kas arī samazina spiedienu un tilpumu. Uzmanīgi noņemiet balonu no trauka un noliekiet to uz grīdas. Kad tas sasilst, tas paplašināsies līdz savam iepriekšējam izmēram.
Spiediens un tilpums ar nemainīgu temperatūru
Ja lēnām maināt gāzes tvertnes tilpumu, mainās arī spiediens, bet temperatūra paliek nemainīga. Lai to parādītu, nepieciešama hermētiska šļirce, kas marķēta mililitros, un manometrs. Vispirms izvelciet šļirci tā, lai virzulis būtu visaugstākajā atzīmē. Ievērojiet spiediena rādījumu un šļirces tilpumu. Nospiediet šļirces virzuli par 1 mililitru un pierakstiet spiedienu un tilpumu. Atkārtojiet procesu dažas reizes. Reizinot skaļumu ar spiedienu katram rādījumam, jums vajadzētu iegūt tādu pašu skaitlisko rezultātu. Šis eksperiments ilustrē Boila likumu, kurā teikts, ka tad, kad temperatūra ir nemainīga, spiediena un temperatūras reizinājums ir arī nemainīgs.
Kompresijas aizdedzinātājs
Kompresijas aizdedze ir demonstrācijas ierīce, kas sastāv no virzuļa slēgta caurspīdīga cilindra iekšpusē. Ja cilindrā ievietojat salvešpapīra gabalu un uzskrūvējat vāciņu, pēc tam ar roku iesitat virzuļa rokturi, darbība ātri saspiež iekšā esošo gaisu. Tas rada stāvokli, ko sauc par adiabātisko sildīšanu: pēkšņi ieslēdzoties mazākā telpā, gaiss kļūst pietiekami karsts, lai aizdedzinātu papīru.
Absolūtās nulles novērtēšana
Pastāvīga tilpuma aparāts sastāv no metāla spuldzes ar piestiprinātu manometru. Spuldze satur gaisu ar spiedienu 14,7 PSI. Izmantojot šo ierīci, jūs varat novērtēt spiedienu, kad temperatūra ir absolūta nulle. Lai to izdarītu, jums būs nepieciešami trīs konteineri: viens ar verdošu ūdeni, otrs ar ledus ūdeni un trešais ar šķidru slāpekli. Iemērciet metāla spuldzi karstā ūdens vannā un pagaidiet dažas minūtes, līdz temperatūra stabilizējas. Pierakstiet uz mērierīces norādīto spiedienu kopā ar temperatūru kelvinos - 373. Pēc tam ievietojiet spuldzi ledus ūdens vannā un atkal atzīmējiet spiedienu un temperatūru, 273 kelvinus. Atkārtojiet ar šķidro slāpekli 77 kelvinos. Izmantojot grafisko papīru, atzīmējiet ierakstītos punktus ar spiedienu uz y ass un temperatūru uz x ass. Jums vajadzētu būt iespējai izdarīt diezgan taisnu līniju caur punktiem, kas krustojas ar y asi, norādot spiedienu, kad temperatūra ir nulle kelvina.