Indhold
I løbet af århundreder og gennem flere eksperimenter har fysikere og kemikere været i stand til at relatere nøgleegenskaber ved en gas, herunder det volumen, den optager (V), og det tryk, den udøver på dets indkapsling (P), til temperaturen (T). Den ideelle gaslov er en destillation af deres eksperimentelle fund. Det siger, at PV = nRT, hvor n er antallet af mol af gassen, og R er en konstant kaldet den universelle gaskonstant. Dette forhold viser, at når trykket er konstant, stiger volumen med temperaturen, og når volumen er konstant, stiger trykket med temperaturen. Hvis ingen af dem er faste, stiger de begge med stigende temperatur.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Når du varmer en gas, øges både dens damptryk og det volumen, den optager. De individuelle gaspartikler bliver mere energiske, og temperaturen på gassen stiger. Ved høje temperaturer omdannes gassen til et plasma.
Trykkogere og balloner
En trykkomfur er et eksempel på, hvad der sker, når du opvarmer en gas (vanddamp) begrænset til et fast volumen. Når temperaturen stiger, går aflæsningen på trykmåleren op med den, indtil vanddampen begynder at flygte gennem sikkerhedsventilen. Hvis sikkerhedsventilen ikke var der, ville trykket fortsætte med at stige og ville beskadige eller sprænge trykkogeren.
Når du hæver temperaturen på en gas i en ballon, øges trykket, men dette tjener kun til at strække ballonen og øge lydstyrken. Når temperaturen fortsætter med at stige, når ballonen sin elastiske grænse og kan ikke længere ekspandere. Hvis temperaturen fortsætter med at stige, sprænger det stigende tryk ballonen.
Varme er energi
En gas er en samling af molekyler og atomer med tilstrækkelig energi til at undslippe de kræfter, der binder dem sammen i de flydende eller faste tilstande. Når du lukker en gas i en beholder, kolliderer partiklerne med hinanden og med væggene på beholderen. Den samlede kraft ved kollisionerne udøver pres på containervæggene. Når du opvarmer gassen, tilføjer du energi, hvilket øger partiklenes kinetiske energi og det tryk, de udøver på beholderen. hvis containeren ikke var der, ville den ekstra energi få dem til at flyve større baner og effektivt øge det volumen, de optager.
Tilsætningen af varmeenergi har også en mikroskopisk effekt på de partikler, der udgør en gas såvel som på den makroskopiske opførsel af gassen som helhed.Ikke kun øges den kinetiske energi fra hver partikel, men dens indre vibrationer og hastighederne for dens elektroner roterer også. Begge effekter, kombineret med stigningen i kinetisk energi, får gassen til at føles varmere.
Fra gas til plasma
En gas bliver mere energisk og varmere, når temperaturen stiger, indtil den på et bestemt tidspunkt bliver et plasma. Dette forekommer ved temperaturer, der forekommer på solens overflade, ca. 6.000 grader Kelvin (10.340 grader Fahrenheit). Den høje varmeenergi striber elektronerne fra atomerne i gassen, hvilket efterlader en blanding af neutrale atomer, frie elektroner og ioniserede partikler, der genererer og reagerer på elektromagnetiske kræfter. På grund af de elektriske ladninger kan partiklerne flyde sammen, som om de var en væske, og de har også en tendens til at klumpe sig sammen. På grund af denne særegne opførsel betragter mange forskere et plasma som en fjerde stoftilstand.