De acordo com a teoria cinética molecular, um gás consiste em um grande número de pequenas moléculas, todas em constante movimento aleatório, colidindo umas com as outras e com o recipiente que as contém. A pressão é o resultado líquido da força dessas colisões contra a parede do contêiner e a temperatura define a velocidade geral das moléculas. Vários experimentos científicos ilustram as relações entre temperatura, pressão e volume de gás.
Balão em nitrogênio líquido
O nitrogênio líquido é um gás liquefeito de baixo custo disponível na maioria dos distribuidores de soldagem industrial; sua temperatura extremamente baixa permite que você demonstre dramaticamente diversos princípios da teoria cinética molecular. Embora seja relativamente seguro, trabalhar com ele requer o uso de luvas criogênicas e óculos de segurança. Obtenha alguns litros de nitrogênio líquido e um contêiner de isopor aberto, como um resfriador de piquenique. Inflar um balão de festa e amarrá-lo. Despeje o nitrogênio líquido no recipiente e coloque o balão no topo do líquido. Em alguns momentos, você verá o balão encolher visivelmente até que ele fique completamente vazio. O frio extremo retarda as moléculas do gás, o que também reduz a pressão e o volume. Remova cuidadosamente o balão do recipiente e coloque-o no chão. À medida que aquece, expande-se até ao tamanho anterior.
Pressão e volume com temperatura constante
Se alterar lentamente o volume de um recipiente de gás, a pressão também muda, mas a temperatura mantém-se estável. Para demonstrar isso, você precisa de uma seringa hermética marcada em mililitros e um medidor de pressão. Primeiro, retire a seringa para que o pistão esteja na sua marca mais alta. Observe a leitura da pressão e o volume da seringa. Pressione o pistão da seringa em 1 mililitro e anote a pressão e o volume. Repita o processo algumas vezes. Quando você multiplica o volume pela pressão de cada leitura, você deve obter o mesmo resultado numérico. Este experimento ilustra a Lei de Boyle, que diz que quando a temperatura é constante, o produto de pressão e temperatura também é constante.
Compressor de Ignição
Um ignitor de compressão é um dispositivo de demonstração que consiste em um pistão dentro um cilindro transparente fechado. Se você colocar um pedaço de papel de seda no cilindro e apertar a tampa, pressione a alavanca do pistão com a mão, a ação rapidamente comprime o ar interno. Isso produz uma condição chamada aquecimento adiabático: de repente confinado em um espaço menor, o ar fica quente o suficiente para inflamar o papel.
Estimando zero absoluto
Um aparato de volume constante consiste em uma lâmpada de metal com um manômetro conectado. A lâmpada contém ar a uma pressão de 14,7 PSI. Usando este dispositivo, você pode estimar a pressão quando a temperatura é zero absoluto. Para fazer isso, você precisará de três recipientes: um contendo água fervente, outro contendo água gelada e um terceiro contendo nitrogênio líquido. Mergulhe a lâmpada de metal no banho de água quente e aguarde alguns minutos para que a temperatura se estabilize. Anote a pressão indicada no medidor, juntamente com a temperatura em kelvins - 373. Em seguida, coloque a lâmpada no banho de água gelada e observe novamente a pressão e a temperatura, 273 kelvins. Repita com o nitrogênio líquido em 77 kelvins. Usando papel milimetrado, marque os pontos gravados, com pressão no eixo ye temperatura no eixo x. Você deve ser capaz de desenhar uma linha reta através dos pontos que cruzam o eixo y, indicando a pressão quando a temperatura é zero kelvins.
