Volgens de kinetische moleculaire theorie bestaat een gas uit een groot aantal kleine moleculen, allemaal in constante willekeurige beweging, die met elkaar en de container die ze vasthoudt in botsing komen. Druk is het nettoresultaat van de kracht van die botsingen tegen de containerwand, en temperatuur bepaalt de algehele snelheid van de moleculen. Verschillende wetenschappelijke experimenten illustreren de relaties tussen temperatuur, druk en gasvolume.
Ballon in vloeibare stikstof
Vloeibare stikstof is een goedkoop vloeibaar gemaakt gas dat verkrijgbaar is bij de meeste industriële lasdistributeurs; dankzij de extreem lage temperatuur kun je verschillende principes van de kinetische moleculaire theorie op dramatische wijze demonstreren. Hoewel het relatief veilig is, vereist het werken ermee cryogene handschoenen en een veiligheidsbril. Zorg voor een paar liter vloeibare stikstof en een open piepschuimcontainer, zoals een picknickkoeler. Blaas een feestballon op en knoop hem vast. Giet de vloeibare stikstof in de container en plaats de ballon bovenop de vloeistof. Binnen enkele ogenblikken zult u de ballon merkbaar zien krimpen totdat deze volledig leegloopt. De extreme kou vertraagt de moleculen in het gas, waardoor ook de druk en het volume afnemen. Haal de ballon voorzichtig uit de container en zet hem op de grond. Naarmate het warmer wordt, zal het uitzetten tot zijn vroegere grootte.
Druk en volume met constante temperatuur
Als je het volume van een gasfles langzaam verandert, verandert ook de druk, maar blijft de temperatuur stabiel. Om dit aan te tonen, heeft u een luchtdichte injectiespuit nodig die is gemarkeerd in milliliters en een manometer. Trek eerst de spuit terug zodat de zuiger zich op de hoogste markering bevindt. Let op de drukaflezing en het spuitvolume. Druk de zuiger van de spuit 1 milliliter in en noteer de druk en het volume. Herhaal het proces een paar keer. Wanneer u het volume vermenigvuldigt met de druk voor elke meting, zou u hetzelfde numerieke resultaat moeten krijgen. Dit experiment illustreert de wet van Boyle, die zegt dat wanneer de temperatuur constant is, het product van druk en temperatuur ook constant is.
Compressie Ontsteker
Een compressie-ontsteker is een demonstratieapparaat dat bestaat uit een zuiger in een gesloten transparante cilinder. Als u een stuk tissuepapier in de cilinder plaatst en de dop erop draait en vervolgens met uw hand op de zuigerhendel slaat, wordt de lucht binnenin snel samengeperst. Dit veroorzaakt een toestand die adiabatische verwarming wordt genoemd: plotseling opgesloten in een kleinere ruimte, wordt de lucht heet genoeg om het papier te ontsteken.
Absoluut nul schatten
Een apparaat met constant volume bestaat uit een metalen bol met daaraan een manometer. De lamp bevat lucht met een druk van 14,7 PSI. Met dit apparaat kunt u de druk schatten wanneer de temperatuur het absolute nulpunt is. Hiervoor heb je drie containers nodig: een met kokend water, een andere met ijswater en een derde met vloeibare stikstof. Dompel de metalen bol in het warmwaterbad en wacht een paar minuten totdat de temperatuur is gestabiliseerd. Noteer de druk aangegeven op de meter, samen met de temperatuur in Kelvin -- 373. Plaats vervolgens de bol in het ijswaterbad en noteer opnieuw de druk en temperatuur, 273 kelvin. Herhaal met de vloeibare stikstof bij 77 kelvin. Markeer met behulp van ruitjespapier de geregistreerde punten, met druk op de y-as en temperatuur op de x-as. Je zou in staat moeten zijn om een redelijk rechte lijn te trekken door de punten die de y-as snijden, om de druk aan te geven wanneer de temperatuur nul Kelvin is.