Experimente științifice care implică teoria cinetică moleculară a gazelor

Conform teoriei moleculare cinetice, un gaz constă dintr-un număr mare de molecule mici, toate în mișcare aleatorie constantă, care se ciocnesc între ele și de recipientul care le ține. Presiunea este rezultatul net al forței acelor coliziuni împotriva peretelui containerului, iar temperatura stabilește viteza generală a moleculelor. Mai multe experimente științifice ilustrează relațiile dintre temperatură, presiune și volum de gaz.

Balon în azot lichid

Azotul lichid este un gaz lichefiat ieftin disponibil de la majoritatea distribuitorilor industriali de sudură; temperatura sa extrem de scăzută vă permite să demonstrați dramatic câteva principii ale teoriei moleculare cinetice. Deși este relativ sigur, lucrul cu acesta necesită utilizarea unor mănuși criogene și ochelari de protecție. Obțineți câțiva litri de azot lichid și un recipient deschis din polistiren, cum ar fi un răcitor de picnic. Umflați un balon de petrecere și legați-l. Se toarnă azotul lichid în recipient și se pune balonul deasupra lichidului. În câteva momente, veți vedea balonul micșorându-se semnificativ până când devine complet dezumflat. Frigul extrem încetinește moleculele din gaz, ceea ce reduce și presiunea și volumul. Scoateți cu grijă balonul din recipient și așezați-l pe podea. Pe măsură ce se încălzește, se va extinde la dimensiunea sa anterioară.

Presiune și volum cu temperatură constantă

Dacă schimbați încet volumul unui recipient de gaz, presiunea se schimbă și ea, dar temperatura rămâne constantă. Pentru a demonstra acest lucru, aveți nevoie de o seringă etanșă marcată în mililitri și un manometru. Mai întâi, retrageți seringa astfel încât pistonul să fie la cea mai înaltă notă. Rețineți citirea presiunii și volumul seringii. Apăsați pistonul seringii cu 1 mililitru și notați presiunea și volumul. Repetați procesul de câteva ori. Când înmulțiți volumul cu presiunea pentru fiecare citire, ar trebui să obțineți același rezultat numeric. Acest experiment ilustrează legea lui Boyle, care spune că atunci când temperatura este constantă, produsul presiunii și temperatura sunt, de asemenea, constante.

Compresor de aprindere

Un aprindător cu compresie este un dispozitiv demonstrativ format dintr-un piston în interiorul unui cilindru transparent închis. Dacă așezați o bucată de hârtie de țesut în cilindru și înșurubați capacul, apoi loviți mânerul pistonului cu mâna, acțiunea comprimă rapid aerul din interior. Aceasta produce o afecțiune numită încălzire adiabatică: limitat brusc într-un spațiu mai mic, aerul devine suficient de fierbinte pentru a aprinde hârtia.

Estimarea zero absolut

Un aparat cu volum constant constă dintr-un bec metalic cu un manometru atașat. Becul conține aer la o presiune de 14,7 PSI. Folosind acest dispozitiv, puteți estima presiunea atunci când temperatura este zero absolută. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de trei recipiente: unul care conține apă clocotită, altul conține apă cu gheață și un al treilea conține azot lichid. Scufundați becul metalic în baia cu apă fierbinte și așteptați câteva minute pentru ca temperatura să se stabilizeze. Notați presiunea indicată pe manometru, împreună cu temperatura în kelvini - 373. Apoi, așezați becul în baia de apă cu gheață și notați din nou presiunea și temperatura, 273 de kelvini. Repetați cu azotul lichid la 77 kelvin. Folosind hârtie milimetrică, marcați punctele înregistrate, cu presiune pe axa y și temperatură pe axa x. Ar trebui să puteți trage o linie destul de dreaptă prin punctele care intersectează axa y, indicând presiunea atunci când temperatura este zero kelvini.

  • Acțiune
instagram viewer