De acuerdo con la teoría molecular cinética, un gas consiste en un gran número de pequeñas moléculas, todas en constante movimiento aleatorio, colisionando entre sí y con el contenedor que las contiene. La presión es el resultado neto de la fuerza de esas colisiones contra la pared del contenedor, y la temperatura establece la velocidad global de las moléculas. Varios experimentos científicos ilustran las relaciones entre temperatura, presión y volumen de gas.

Globo en nitrógeno líquido

El nitrógeno líquido es un gas licuado barato disponible de la mayoría de los distribuidores de soldadura industrial; su temperatura extremadamente baja le permite demostrar dramáticamente varios principios de la teoría molecular cinética. Aunque es relativamente seguro, trabajar con él requiere el uso de guantes criogénicos y gafas de seguridad. Obtenga unos pocos litros de nitrógeno líquido y un recipiente abierto de espuma de poliestireno, como un enfriador de picnic. Inflar un globo de fiesta y atarlo. Vierta el nitrógeno líquido en el recipiente y coloque el globo sobre el líquido. En unos momentos, verá que el globo se encoge notablemente hasta que se desinfla por completo. El frío extremo reduce la velocidad de las moléculas en el gas, lo que también reduce la presión y el volumen. Retire con cuidado el globo del contenedor y colóquelo en el piso. A medida que se caliente, se expandirá a su tamaño anterior.

Presión y volumen con temperatura constante

Si cambia lentamente el volumen de un recipiente de gas, la presión también cambia pero la temperatura se mantiene estable. Para demostrar esto, necesita una jeringa hermética marcada en mililitros y un manómetro. Primero, retire la jeringa para que el pistón esté en su punto más alto. Tenga en cuenta la lectura de presión y el volumen de la jeringa. Presione el pistón de la jeringa por 1 mililitro y anote la presión y el volumen. Repite el proceso algunas veces. Cuando multiplica el volumen por la presión para cada lectura, debe obtener el mismo resultado numérico. Este experimento ilustra la Ley de Boyle, que dice que cuando la temperatura es constante, el producto de presión y temperatura también es constante.

Compression Igniter

Un encendedor de compresión es un dispositivo de demostración que consiste en un pistón en el interior un cilindro cerrado y transparente. Si coloca un trozo de papel de seda en el cilindro y atornilla la tapa, golpee la manija del pistón con la mano, la acción comprime rápidamente el aire del interior. Esto produce una condición llamada calentamiento adiabático: repentinamente confinado en un espacio más pequeño, el aire se calienta lo suficiente para encender el papel.

Estimación del cero absoluto

Un aparato de volumen constante consiste en una bombilla de metal con un manómetro conectado. La bombilla contiene aire a una presión de 14.7 PSI. Con este dispositivo, puede estimar la presión cuando la temperatura es cero absoluta. Para hacer esto necesitarás tres contenedores: uno que contenga agua hirviendo, otro que contenga agua helada y un tercero que contenga nitrógeno líquido. Sumerja la bombilla de metal en el baño de agua caliente y espere unos minutos para que la temperatura se estabilice. Anote la presión indicada en el medidor, junto con la temperatura en kelvins - 373. Luego, coloque la bombilla en el baño de agua con hielo y observe nuevamente la presión y la temperatura, 273 grados Kelvin. Repita con el nitrógeno líquido a 77 grados Kelvin. Usando papel cuadriculado, marque los puntos grabados, con presión en el eje y y temperatura en el eje x. Debería poder dibujar una línea bastante recta a través de los puntos que cruzan el eje y, indicando la presión cuando la temperatura es cero kelvins.