Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Videnskabseksperimenter, der involverer kinetisk molekylær teori for gasser

Ifølge den kinetiske molekylærteori består en gas af et stort antal små molekyler, alt sammen i konstant tilfældig bevægelse, kolliderer med hinanden og beholderen, der holder dem. Tryk er nettoresultatet af kraften af ​​disse kollisioner mod beholdervæggen, og temperaturen sætter molekylernes samlede hastighed. Flere videnskabelige eksperimenter illustrerer forholdet mellem temperatur, tryk og volumen af ​​gas.

Ballon i flydende kvælstof

Flydende kvælstof er en billig flydende gas tilgængelig fra de fleste industrielle svejsedistributører; dens ekstremt lave temperatur giver dig mulighed for dramatisk at demonstrere flere principper for kinetisk molekylærteori. Selv om det er relativt sikkert, kræver det brug af kryogene handsker og beskyttelsesbriller, hvis der arbejdes med det. Få et par liter flydende kvælstof og en åben Styrofoam beholder som en picnic køler. Opblæs en festballon og binde den af. Hæld det flydende nitrogen i beholderen og læg ballonen oven på væsken. Om nogle få øjeblikke vil du se ballonen skrumpe mærkbart, indtil den bliver helt deflateret. Den ekstreme kulde nedsætter molekylerne i gassen, hvilket også reducerer tryk og volumen. Fjern forsigtigt ballonen fra beholderen og sæt den på gulvet. Når det varmes, vil det udvide sig til sin tidligere størrelse.

Tryk og volumen med konstant temperatur

Hvis du ændrer mængden af ​​en beholder af gas langsomt, ændres trykket også, men temperaturen holder stabil. For at demonstrere dette har du brug for en lufttæt sprøjte mærket i milliliter og en trykmåler. Først skal du trække sprøjten, så stemplet er ved sit højeste mærke. Bemærk trykaflæsningen og sprøjtevolumenet. Tryk sprøjtestemplet ind med 1 milliliter og skriv ned tryk og volumen. Gentag processen et par gange. Når du multiplicerer lydstyrken med trykket for hver læsning, skal du få det samme numeriske resultat. Dette eksperiment illustrerer Boyles lov, som siger, at når temperaturen er konstant, er tryk- og temperaturproduktet også konstant.

Kompressionstænder

En kompressionstænder er en demonstrationsenhed bestående af et stempel inde en lukket gennemsigtig cylinder. Hvis du lægger et stykke tissuepapir i cylinderen og skruer hætten på, så ramt stempelhåndtaget med din hånd, komprimerer handlingen hurtigt luften indeni. Dette skaber en tilstand kaldet adiabatisk opvarmning: Pludselig begrænset i et mindre rum bliver luften varm nok til at antænde papiret.

Estimering af absolut nul

Et apparat med konstant volumen består af en metalpære med en trykmåler fastgjort. Pæren indeholder luft ved et tryk på 14,7 PSI. Ved hjælp af denne enhed kan du estimere trykket, når temperaturen er absolut nul. For at gøre dette skal du have tre beholdere: den ene indeholder kogende vand, et andet indeholdende isvand og en tredjedel indeholdende flydende nitrogen. Sænk metalpæren i varmtvandsbadet og vent et par minutter for at temperaturen stabiliseres. Skriv ned trykket angivet på måleren sammen med temperaturen i kelvins - 373. Læg derefter pæren i isvandsvandet og bemærk igen trykket og temperaturen, 273 kelvins. Gentag med flydende nitrogen ved 77 kelviner. Marker de optagne punkter ved hjælp af diagrampapir, med tryk på y-aksen og temperaturen på x-aksen. Du bør være i stand til at tegne en ret lige linje gennem de punkter, der skærer y-aksen, hvilket angiver trykket, når temperaturen er nul kelvins.

Klik for at udvide hele teksten