Вы, вероятно, открыли газировку и выпустили жидкий газ прямо из бутылки, создав огромный шум. Почему это происходит? Это связано с газообразным углекислым газом, который добавляется в жидкость, чтобы сделать ее газированной. Открытие баллона сбрасывает внутреннее давление, в результате чего газожидкостная смесь вырывается из баллона. В этом упражнении вы продемонстрируете, с помощью воздушных шариков, как газ меняет объем в зависимости от его давления.
Разница между твердыми телами, жидкостями и газами заключается в том, как ведут себя частицы (молекулы или атомы). Частицы в твердых веществах обычно плотно упакованы в правильном порядке. Хотя частицы в жидкости также находятся близко друг к другу, они могут свободно перемещаться. Частицы газа, однако, широко распространены и занимают много места. Они продолжают распространяться на любое доступное пространство. Это означает, что в отличие от жидкостей и твердых тел объем газа не является фиксированным. Роберт Бойль, химик и физик 17-го века, обнаружил, что объем газа, то есть, сколько места он занимает, связан с его давлением - и наоборот. Он обнаружил, что если вы под давлением газа, его объем сокращается. Если вы уменьшите его давление, его объем увеличится.
Вы можете наблюдать реальное применение Закона Бойля, когда заправляете свои велосипедные шины воздухом. Когда вы накачиваете воздух в шину, молекулы газа внутри шины сжимаются и упаковываются ближе друг к другу. Это увеличивает давление газа, и оно начинает давить на стенки шины. Вы можете почувствовать, как шина становится герметичной и плотной. Другой пример - бутылка содовой. Чтобы получить газообразный углекислый газ в жидкость, вся бутылка обычно находится под давлением газа. Пока бутылка закрыта, ее очень трудно сжать, так как газ ограничен небольшим пространством и давит на стенки бутылки. Однако когда вы снимаете крышку, доступный объем увеличивается, и часть газа выходит. В то же время его давление уменьшается.
Вам потребуется:
- Как минимум два маленьких шарика, таких как шарики с водой
- Большой пластиковый шприц
- Ножницы
- Вода
Используйте шприц, чтобы наполнить один баллон небольшим количеством воздуха, чтобы баллон по-прежнему помещался внутри шприца. Свяжите воздушный шар и обрежьте любой дополнительный материал воздушного шара за узлом.
Наполните шприц водой.
Используйте шприц, чтобы наполнить другой баллон водой, чтобы он был того же размера, что и воздушный шарик. Свяжите его отверстие узлом и обрежьте любой оставшийся материал после узла.
Выньте поршень из шприца, чтобы он был открыт на большом конце.
Поместите заполненный воздухом баллон прямо внутри большого отверстия в задней части шприца. Вставьте поршень в шприц и попробуйте вставить шарик в наконечник шприца. Насколько сложно протолкнуть поршень внутрь? Что происходит с воздухом внутри шприца?
Снова вытяните поршень и переместите баллон в середину шприца. Затем закройте переднее отверстие (наконечник) шприца одним пальцем и снова вставьте поршень в шприц. Что ты заметил? Как выглядит или изменяется воздушный шарик, когда вы нажимаете на поршень?
Освободите палец от кончика шприца. Поместите баллон в кончик шприца и вставьте поршень в шприц, пока он не коснется баллона. Затем закройте кончик шприца пальцем и полностью потяните поршень назад. Меняется ли форма воздушного шара? Если да, то как? Вы можете объяснить, почему?
Замените заполненный воздухом баллончик внутри шприца заполненным водой баллончиком. Затем поместите поршень в шприц. Закройте кончик шприца пальцем и протолкните поршень в шприц как можно дальше. Как шар меняется на этот раз?
Освободите палец от кончика шприца и надавите на поршень до упора в шприц, пока он не коснется баллона на кончике шприца. Затем снова закройте кончик шприца пальцем и попытайтесь вытащить поршень как можно дальше назад.
Вы видели, как воздух внутри наполненного воздушного шара сжимается и расширяется? Не закрывая кончик шприца пальцем, вы можете легко надавить на поршень. Воздух может выходить через отверстие на кончике шприца. Но когда вы закрываете шприц пальцем, воздух больше не может выходить. Если вы нажимаете на поршень, вы увеличиваете давление воздуха, и, таким образом, воздух в баллоне сжимается или уменьшает его объем. Вы бы видели, как наполненный воздухом шар высыхает и становится меньше в размерах. Обратное происходит, когда вы закрываете отверстие в шприце и вытягиваете поршень назад.
Результаты выглядят иначе с заполненным водой баллоном. Хотя вы сжимаете воздух внутри шприца при нажатии на поршень, вода внутри баллона не сжимается. Воздушный шар остается того же размера. Водяной баллон также сохраняет свою форму при извлечении поршня при закрывании кончика шприца. В отличие от газов, жидкости не сжимаются, так как их частицы уже очень близко друг к другу.
