I følge kinetisk molekylær teori består en gass av et stort antall små molekyler, alle i konstant tilfeldig bevegelse, kolliderer med hverandre og beholderen som holder dem. Trykk er nettoresultatet av kraften til disse kollisjonene mot beholderveggen, og temperaturen stiller den totale hastigheten til molekylene. Flere vitenskapelige eksperimenter illustrerer forholdet mellom temperatur, trykk og volum av gass.
Ballong i flytende nitrogen
Flytende nitrogen er en billig flytende gass tilgjengelig fra de fleste industrielle sveisedistributører; Den ekstremt lave temperaturen lar deg dramatisk demonstrere flere prinsipper for kinetisk molekylær teori. Selv om det er relativt trygt, krever arbeid med det bruk av kryogene hansker og vernebriller. Få noen få liter flytende nitrogen og en åpen isoporbeholder, for eksempel en piknik-kjøler. Oppblås en festballong og bind den av. Hell det flytende nitrogenet i beholderen og legg ballongen oppå væsken. Om noen få øyeblikk vil du se ballongen krympe merkbart til den blir helt tømt. Ekstrem kulde bremser molekylene i gassen, noe som også reduserer trykket og volumet. Fjern ballongen forsiktig fra beholderen og sett den på gulvet. Når den blir varm, vil den utvide seg til sin tidligere størrelse.
Trykk og volum med konstant temperatur
Hvis du endrer volumet på en gassbeholder sakte, endres også trykket, men temperaturen holder seg jevn. For å demonstrere dette trenger du en lufttett sprøyte merket i milliliter og en manometer. Først trekker du ut sprøyten slik at stempelet er på sitt høyeste merke. Legg merke til trykkavlesningen og sprøytevolumet. Trykk sprøytestemplet inn med 1 milliliter og skriv ned trykk og volum. Gjenta prosessen et par ganger. Når du multipliserer volumet med trykket for hver avlesning, bør du oppnå det samme numeriske resultatet. Dette eksperimentet illustrerer Boyles lov, som sier at når temperaturen er konstant, er også produktet av trykk og temperatur konstant.
Kompresjonstenner
En kompresjonstenner er en demonstrasjonsanordning som består av et stempel inne i en lukket gjennomsiktig sylinder. Hvis du legger et stykke tissuepapir i sylinderen og skru på lokket, og deretter treffer stempelhåndtaket med hånden din, komprimerer luften raskt inne. Dette gir en tilstand som kalles adiabatisk oppvarming: plutselig begrenset i et mindre rom, blir luften varm nok til å antenne papiret.
Estimering av absolutt null
Et apparat med konstant volum består av en metallpære med en manometer festet. Pæren inneholder luft ved et trykk på 14,7 PSI. Ved hjelp av denne enheten kan du estimere trykket når temperaturen er absolutt null. For å gjøre dette trenger du tre beholdere: en som inneholder kokende vann, en annen som inneholder isvann og en tredje som inneholder flytende nitrogen. Senk metallpæren i varmtvannsbadet og vent noen minutter på at temperaturen har stabilisert seg. Skriv ned trykket som er angitt på måleren, sammen med temperaturen i kelvin - 373. Deretter plasserer du pæren i isvannsbadet og noterer igjen trykk og temperatur, 273 kelvin. Gjenta med flytende nitrogen ved 77 kelvin. Marker de registrerte punktene med grafpapir, med trykk på y-aksen og temperaturen på x-aksen. Du bør være i stand til å tegne en ganske rett linje gjennom punktene som krysser y-aksen, og indikerer trykket når temperaturen er null kelvin.