ATTENZIONE: Questa dimostrazione va eseguita con l'assistenza di un adulto. L'acqua calda può provocare gravi ustioni.
Esecuzione:
Distendete l'imboccatura del palloncino sul collo del bottiglione sigillandolo completamente. Scaldate il bottiglione immergendolo parzialmente nell'acqua calda. L'aumento di temperatura provocherà l'espansione dell'aria contenuta all'interno del recipiente che gonfierà il palloncino. Il vetro è un cattivo conduttore di calore e quindi sarà necessario attendere qualche minuto.
Quando il palloncino avrà smesso di aumentare di volume, sfilatelo, lasciandolo sgonfiare completamente. Mantenendo il bottiglione in contatto con l'acqua calda chiudetene nuovamente l'apertura con il palloncino. Appoggiate il bottiglione su una superficie piana e lasciatelo raffreddare. Non cercate di affrettare il processo immergendo il recipiente in acqua fredda. Un raffreddamento troppo rapido potrebbe provocare la rottura del vetro. La diminuzione di temperatura provoca la contrazione dell'aria contenuta nel bottiglione e il palloncino verrà risucchiato all'interno del recipiente.
Che cosa succede:
La temperatura è una misura dell'agitazione termica, cioè della velocità media di atomi e molecole.
Nel caso di un gas il quadrato della velocità media delle sue molecole è proporzionale alla temperatura assoluta che si misura in gradi Kelvin a partire dallo zero assoluto corrispondente a -273.15 gradi centigradi. Se un gas è in equilibrio con l'atmosfera la sua pressione resta costante e un aumento della temperatura, e quindi della velocità media delle molecole che lo compongono, provoca un aumento del volume occupato dal gas. Se trascuriamo le forze elastiche generate dalla distensione della gomma di cui è composto il palloncino e la dilatazione del contenitore, il volume occupato da un gas a pressione costante è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta.
Una temperatura di 25 gradi centigradi corrisponde a 298,15 gradi Kelvin mentre la temperatura di ebollizione dell'acqua corrisponde a 373,15 gradi Kelvin. La seconda temperatura è quindi più grande della prima di circa il 25%. Di conseguenza, se il gas inizialmente contenuto nel bottiglione raggiungesse i 100 gradi centigradi il suo volume aumenterebbe di circa un quarto. Per rendere l'effetto ben visibile è quindi preferibile utilizzare un contenitore di grandi dimensioni. Se il gas venisse raffreddato da circa 373 gradi Kelvin fino a temperatura ambiente la sua temperatura e quindi il suo volume diminuirebbero di circa il 20%.