Ei in der Flasche Demo Gasgesetz Identität

Nehmen wir zunächst ein System an, bei dem das Feuer sofort erlischt, wenn das Ei die Flasche verschließt. Bevor das Ei platziert wird, strömt Luft heraus, sodass sich weniger Moleküle in der Flasche befinden, da der Druck innen und außen atmosphärisch ist, aber heiße Moleküle stärker drücken*. Wenn das Ei den Behälter versiegelt, kühlt sich die Luft in der Flasche auf Raumtemperatur ab, aber da sich weniger Moleküle in der Flasche befinden, gibt es einen Nettodruck**.

In Wirklichkeit gibt es einen weiteren subtileren Aspekt, wie Sie richtig erkannt haben. Hier ist eine grobe Gleichung für die Holzverbrennung.

Beachten Sie weniger Gasmoleküle auf der rechten Seite. Verringert dies den Druck, während die Flasche nicht verschlossen ist? Nein, Luft kann in jedem Fall ein- oder ausströmen, um den Druck in der Flasche auf Atmosphärendruck* zu halten. Wenn wir die Flasche mit dem Ei verschließen, nimmt die Anzahl der Moleküle in der Flasche ab, während das Feuer weiter brennt. Während die Hitze des Feuers vorübergehend einen Druck nach außen erzeugen kann, befinden sich schließlich noch weniger Moleküle in der Flasche als zuvor. Wenn sie auf Raumtemperatur sinken, erzeugen sie einen viel niedrigeren als den atmosphärischen Druck in der Flasche***.

Wir haben diese Wirkungen auf molekularer Ebene beschrieben. Aber das Modell, das ich verwende, ist im Wesentlichen das ideale Gasgesetz$PV = nRT$das Lussacs Gesetz enthält und nur im Gleichgewicht funktioniert. (Um das Leben einfacher zu machen, nehmen wir an, wir haben in jeder Phase ein sofortiges thermodynamisches Gleichgewicht). Ich werde hervorheben, wie jede Stufe meines Erklärungsversuchs durch die Gleichung vorhergesagt wird.

lassen$T_1$Raumtemperatur sein, lassen$T_2$sei die Temperatur in der Flasche, wenn sie brennt, lassen$V$sein Volumen der Flasche, lassen Sie$P_1$Atmosphärendruck sein und$P_2$Enddruck sein,$n_1$die Anzahl der Moleküle im Inneren, während es entsiegelt und nicht angezündet ist,$n_2$die Anzahl der Moleküle, während es entsiegelt und angezündet ist und$n_3$die Anzahl der Moleküle am Ende.

Anfänglich,$P_1V = n_1RT_1$

.* Wir zünden es an, der Druck ist konstant, die Temperatur steigt so$n$nimmt ab:$P_1V = n_2RT_2$

** Versiegeln Sie es, aber es brennt nicht mehr, der Druck ist variabel und die Temperatur sinkt:$P_2V = n_2RT_1$.

*** Versiegeln Sie es, brennt aber weiter, der Druck ist variabel und die Temperatur nimmt danach ab$n$nimmt leicht ab:$P_2V = n_3RT_1$.

Deutlich$n_1>n_2>n_3$und zB im zweiten Fall:$P_2 = \frac{n_3}{n_1}P_1$So$P_2 < P_1$.

Das Papier erwärmt die Luft in der Flasche, bevor das Ei platziert wird. Sobald das Ei platziert ist, verschließt es die Flasche und der restliche Sauerstoff wird schnell verbraucht. Dann kühlt die Luft in der Flasche ab, verringert den Luftdruck in der Flasche und saugt das Ei hinein.