Enligt kinetisk molekylär teori består en gas av ett stort antal små molekyler, alla i konstant slumpmässig rörelse, kolliderar med varandra och behållaren som håller dem. Trycket är nettoresultatet av kraften från dessa kollisioner mot behållarväggen, och temperaturen ställer in den totala hastigheten för molekylerna. Flera vetenskapliga experiment illustrerar sambandet mellan temperatur, tryck och gasvolym.
Ballong i flytande kväve
Flytande kväve är en billig flytande gas tillgänglig från de flesta industriella svetsdistributörer; dess extremt låga temperatur låter dig dramatiskt visa flera principer för kinetisk molekylär teori. Även om det är relativt säkert krävs det att man använder kryogena handskar och skyddsglasögon för att arbeta med det. Skaffa några liter flytande kväve och en öppen isoporbehållare som en picknickkylare. Blås upp en festballong och binda av den. Häll flytande kväve i behållaren och placera ballongen ovanpå vätskan. Om några ögonblick kommer du att se ballongen krympa märkbart tills den blir helt tömd. Den extrema förkylningen saktar ner molekylerna i gasen, vilket också minskar trycket och volymen. Ta försiktigt bort ballongen från behållaren och lägg den på golvet. När det värms ut kommer det att expandera till sin tidigare storlek.
Tryck och volym med konstant temperatur
Om du ändrar volymen på en gasbehållare långsamt ändras trycket också men temperaturen håller sig stabil. För att visa detta behöver du en lufttät spruta märkt i milliliter och en manometer. Dra först ut sprutan så att kolven står högst. Observera tryckavläsningen och sprutvolymen. Tryck in sprutkolven med 1 milliliter och skriv ner tryck och volym. Upprepa processen några gånger. När du multiplicerar volymen med trycket för varje avläsning bör du få samma numeriska resultat. Detta experiment illustrerar Boyles lag, som säger att när temperaturen är konstant, är produkten av tryck och temperatur också konstant.
Kompressionständare
En kompressionständare är en demonstrationsanordning som består av en kolv inuti en sluten transparent cylinder. Om du lägger en bit mjukpapper i cylindern och skruvar på locket och slår sedan på kolvhandtaget med handen, komprimerar luften snabbt luften inuti. Detta ger ett tillstånd som kallas adiabatisk uppvärmning: plötsligt begränsat i ett mindre utrymme blir luften tillräckligt varm för att antända papperet.
Uppskattning av absolut noll
En apparat med konstant volym består av en metalllampa med en manometer monterad. Glödlampan innehåller luft vid ett tryck på 14,7 PSI. Med denna enhet kan du uppskatta trycket när temperaturen är absolut noll. För att göra detta behöver du tre behållare: en som innehåller kokande vatten, en annan som innehåller isvatten och en tredje som innehåller flytande kväve. Sänk ner metallglödlampan i varmvattenbadet och vänta några minuter tills temperaturen har stabiliserats. Skriv ner trycket som anges på mätaren, tillsammans med temperaturen i kelvin - 373. Placera sedan glödlampan i isvattenbadet och notera igen tryck och temperatur, 273 kelvin. Upprepa med flytande kväve vid 77 kelvin. Markera de registrerade punkterna med hjälp av grafpapper, med tryck på y-axeln och temperatur på x-axeln. Du bör kunna rita en ganska rak linje genom de punkter som korsar y-axeln, vilket indikerar trycket när temperaturen är noll kelvin.