Under en period av århundraden och genom flera experiment har fysiker och kemister kunnat relatera nyckelegenskaper hos en gas, inklusive volymen den upptar (V) och trycket den utövar på sin inneslutning (P), till temperatur (T). Den ideala gaslagen är en destillation av deras experimentella resultat. Den anger att PV = nRT, där n är antalet mol av gasen och R är en konstant som kallas den universella gaskonstanten. Detta förhållande visar att när trycket är konstant ökar volymen med temperaturen, och när volymen är konstant ökar trycket med temperaturen. Om ingendera är fast, ökar de båda med ökande temperatur.
TL;DR (Too Long; Didn’t Read)
När du värmer en gas ökar både dess ångtryck och volymen den upptar. De enskilda gaspartiklarna blir mer energiska och temperaturen på gasen ökar. Vid höga temperaturer förvandlas gasen till plasma.
Tryckkokare och ballonger
En tryckkokare är ett exempel på vad som händer när du värmer en gas (vattenånga) begränsad till en fast volym. När temperaturen stiger, stiger avläsningen på tryckmätaren med den tills vattenångan börjar strömma ut genom säkerhetsventilen. Om säkerhetsventilen inte fanns där skulle trycket fortsätta att öka och skada eller spränga tryckkokaren.
När man ökar temperaturen på en gas i en ballong ökar trycket, men detta tjänar bara till att sträcka ballongen och öka volymen. När temperaturen fortsätter att stiga når ballongen sin elastiska gräns och kan inte längre expandera. Om temperaturen fortsätter att stiga spränger det ökande trycket ballongen.
Värme är energi
En gas är en samling molekyler och atomer med tillräckligt med energi för att undkomma de krafter som binder samman dem i flytande eller fast tillstånd. När man innesluter en gas i en behållare kolliderar partiklarna med varandra och med behållarens väggar. Kollisionernas samlade kraft utövar tryck på behållarens väggar. När man värmer gasen tillför man energi, vilket ökar partiklarnas kinetiska energi och trycket de utövar på behållaren. om behållaren inte var där, skulle den extra energin få dem att flyga större banor, vilket effektivt ökar volymen de upptar.
Tillsatsen av värmeenergi har också en mikroskopisk effekt på de partiklar som utgör en gas samt på det makroskopiska beteendet hos gasen som helhet. Inte bara den kinetiska energin för varje partikel ökar, utan dess inre vibrationer och rotationshastigheterna för dess elektroner gör det också. Båda effekterna, i kombination med ökningen av kinetisk energi, gör att gasen känns varmare.
Från Gas till Plasma
En gas blir allt mer energisk och varmare när temperaturen stiger tills det vid en viss tidpunkt blir ett plasma. Detta inträffar vid temperaturer som uppstår på solens yta, cirka 6 000 grader Kelvin (10 340 grader Fahrenheit). Den höga värmeenergin tar bort elektronerna från atomerna i gasen och lämnar en blandning av neutrala atomer, fria elektroner och joniserade partiklar som genererar och reagerar på elektromagnetiska krafter. På grund av de elektriska laddningarna kan partiklarna flyta ihop som om de vore en vätska, och de tenderar också att klumpa ihop sig. På grund av detta märkliga beteende anser många forskare att plasma är ett fjärde tillstånd av materia.
