Selon la théorie moléculaire cinétique, un gaz consiste en un grand nombre de molécules minuscules, toutes en mouvement aléatoire constant, entrant en collision les unes avec les autres et le contenant qui les contient. La pression est le résultat net de la force de ces collisions contre la paroi du conteneur, et la température détermine la vitesse globale des molécules. Plusieurs expériences scientifiques illustrent les relations entre la température, la pression et le volume de gaz.
<2> Ballon dans l'azote liquide
L'azote liquide est un gaz liquéfié peu coûteux disponible auprès de la plupart des distributeurs de soudage industriel; sa température extrêmement basse vous permet de démontrer de façon spectaculaire plusieurs principes de la théorie moléculaire cinétique. Bien qu'il soit relativement sûr, travailler avec lui nécessite l'utilisation de gants cryogéniques et de lunettes de sécurité. Obtenir quelques litres d'azote liquide et un récipient de mousse de polystyrène ouvert tel qu'un refroidisseur de pique-nique. Gonflez un ballon de fête et attachez-le. Versez l'azote liquide dans le récipient et placez le ballon sur le liquide. Dans quelques instants, vous verrez le ballon rétrécir notablement jusqu'à ce qu'il soit complètement dégonflé. Le froid extrême ralentit les molécules dans le gaz, ce qui réduit également la pression et le volume. Retirez délicatement le ballon du conteneur et placez-le sur le sol. Au fur et à mesure qu'il se réchauffe, il se dilatera jusqu'à sa taille initiale.
Pression et volume à température constante
Si vous changez lentement le volume d'un réservoir de gaz, la pression change aussi mais la température reste stable. Pour le démontrer, vous avez besoin d'une seringue étanche à l'air marquée en millilitres et d'un manomètre. Tout d'abord, retirer la seringue de sorte que le piston soit à sa marque la plus élevée. Notez la lecture de pression et le volume de la seringue. Appuyez sur le piston de la seringue de 1 millilitre et notez la pression et le volume. Répétez le processus plusieurs fois. Lorsque vous multipliez le volume par la pression pour chaque lecture, vous devriez obtenir le même résultat numérique. Cette expérience illustre la loi de Boyle, qui dit que lorsque la température est constante, le produit de pression et de température est également constant.
Compression Igniter
Un allumeur à compression est un dispositif de démonstration composé d'un piston intérieur un cylindre transparent fermé. Si vous placez un morceau de papier de soie dans le cylindre et vissez le bouchon, puis appuyez sur la poignée du piston avec votre main, l'action comprime rapidement l'air à l'intérieur. Cela produit une condition appelée chauffage adiabatique: soudainement confiné dans un espace plus petit, l'air devient assez chaud pour enflammer le papier.
Estimer le zéro absolu
Un appareil à volume constant est constitué d'une ampoule métallique avec un manomètre attaché. L'ampoule contient de l'air à une pression de 14,7 psi. En utilisant cet appareil, vous pouvez estimer la pression lorsque la température est zéro absolu. Pour ce faire, vous aurez besoin de trois récipients: l'un contenant de l'eau bouillante, l'autre contenant de l'eau glacée et un troisième contenant de l'azote liquide. Immerger l'ampoule métallique dans le bain d'eau chaude et attendre quelques minutes que la température se stabilise. Notez la pression indiquée sur la jauge, ainsi que la température en kelvins - 373. Ensuite, placez l'ampoule dans le bain d'eau glacée et encore une fois noter la pression et la température, 273 kelvins. Répétez avec l'azote liquide à 77 kelvins. À l'aide d'un papier millimétré, marquez les points enregistrés, en exerçant une pression sur l'axe des y et la température sur l'axe des x. Vous devriez être en mesure de tracer une ligne assez droite à travers les points qui intersecte l'axe des y, indiquant la pression lorsque la température est nulle kelvins.
