기체 분자 운동 장치

기체 입자는 모든 방향으로 끊임없이 움직입니다. 하지만, 우리는 이러한 기체를 관찰할 수는 없습니다. 그것은 기체 입자가 아주 작기 때문입니다.
기체 분자 운동 장치는 이처럼 눈에 보이지 않는 기체 입자를 쇠구슬 등으로 대체하여 눈으로 확인할 수 있도록 만든 것입니다.

기체 분자 운동 장치의 비유

모터의 스피드가 증가하면 쇠구슬의 진동이 활발해 집니다. 이것은 온도가 증가할수록 기체 입자의 운동이 활발해지는 것에 비유할 수 있습니다.
쇠구슬이 위쪽 피스톤을 밀어 올리는 것은 기체의 압력에 비유할 수 있습니다.
쇠구슬은 충돌하여 서로 밀어낼 수 있을 뿐, 서로 잡아당기지 못합니다. 마찬가지로 이상적인 기체 입자는 충돌하여 서로 밀어낼 수 있을 뿐, 서로 잡아당기지 못합니다.
활발하게 움직이는 쇠구슬 사이에는 많은 빈 공간이 있습니다. 이처럼 기체의 부피는 기체의 입자 크기가 아니라 기체가 점유한 공간의 크기입니다.
쇠구슬의 진동이 활발해지면 점유하는 공간이 늘어납니다. 이것은 기체의 온도가 증가할수록 기체의 부피가 커지는 것에 비유할 수 있습니다.

기체 분자 운동 장치의 단점

기체 분자 운동 장치는 기체 입자를 완전히 비유하지는 못합니다.
기체 입자는 용기 벽과 완전 탄성 충돌을 하는데 비해, 쇠구슬은 용기 벽과 비탄성 충돌을 하면서 속력이 점차 감소하기 때문입니다. 따라서 장치의 아래쪽에 모터 등을 장치하여 감소하는 운동 에너지를 보충합니다.

모터의 회전 속도와 부피가 서로 비례하지 않는 것 같아요.

기체의 압력이 일정할 때 기체의 부피는 온도에 비례합니다. 기체 온도는 기체 입자의 운동에너지와 관련이 있으며, 입자의 운동 에너지는 속력의 제곱에 비례 합니다. 이 때문에 입자의 속력과 기체의 부피는 서로 비례하지 않습니다. 즉, 기체의 부피는 입자의 운동 속력의 제곱에 비례합니다. 자세한 이유는 스스로 탐구해 보기 바랍니다.