Conţinut
De-a lungul unei secole și prin multiple experimente, fizicienii și chimiștii au reușit să relaționeze caracteristicile cheie ale unui gaz, inclusiv volumul pe care îl ocupă (V) și presiunea pe care o exercită asupra incintei sale (P), la temperatura (T). Legea gazelor ideale este o distilare a descoperirilor lor experimentale. Se afirmă că PV = nRT, unde n este numărul de aluniți ai gazului și R este o constantă numită constantă universală a gazului. Această relație arată că, atunci când presiunea este constantă, volumul crește cu temperatura, iar când volumul este constant, presiunea crește odată cu temperatura. Dacă niciuna dintre ele nu este fixată, ambele cresc odată cu creșterea temperaturii.
TL; DR (Prea lung; nu a citit)
Când încălziți un gaz, atât presiunea de vapori cât și volumul pe care îl ocupă cresc. Particulele individuale de gaz devin mai energice și temperatura gazului crește. La temperaturi ridicate, gazul se transformă într-o plasmă.
Plite de presiune și baloane
Un aragaz sub presiune este un exemplu de ceea ce se întâmplă atunci când încălziți un gaz (vapori de apă) limitat la un volum fix. Pe măsură ce temperatura crește, citirea pe manometru continuă până când vaporii de apă încep să scape prin supapa de siguranță. Dacă valva de siguranță nu ar exista, presiunea ar continua să crească și ar deteriora sau ar izbucni aragazul sub presiune.
Când crești temperatura unui gaz într-un balon, presiunea crește, dar aceasta nu servește decât la întinderea balonului și la creșterea volumului. Pe măsură ce temperatura continuă să crească, balonul își atinge limita elastică și nu mai poate extinde. Dacă temperatura continuă să crească, presiunea din ce în ce mai mare izbucnește balonul.
Căldura este energie
Un gaz este o colecție de molecule și atomi cu suficientă energie pentru a scăpa de forțele care le leagă împreună în stările lichide sau solide. Când închideți un gaz într-un recipient, particulele se ciocnesc între ele și cu pereții containerului. Forța colectivă a coliziunilor exercită presiune asupra pereților containerului. Când încălziți gazul, adăugați energie, ceea ce crește energia cinetică a particulelor și presiunea pe care o exercită asupra recipientului. dacă containerul nu ar fi fost acolo, energia suplimentară i-ar determina să zboare traiectorii mai mari, crescând efectiv volumul pe care îl ocupă.
Adăugarea energiei termice are, de asemenea, un efect microscopic asupra particulelor care constituie un gaz, precum și asupra comportamentului macroscopic al gazului în ansamblu.Nu numai că energia cinetică a fiecărei particule crește, dar și vibrațiile sale interne și viteza de rotație a electronilor săi. Ambele efecte, combinate cu creșterea energiei cinetice, fac ca gazul să se simtă mai fierbinte.
De la gaz la plasmă
Un gaz devine din ce în ce mai energic și mai cald pe măsură ce temperatura crește până când, la un moment dat, devine o plasmă. Aceasta se produce la temperaturi care apar la suprafața soarelui, aproximativ 6.000 grade Kelvin (10.340 grade Fahrenheit). Energia termică mare scoate electronii din atomii din gaz, lăsând un amestec de atomi neutri, electroni liberi și particule ionizate care generează și răspunde la forțe electromagnetice. Din cauza încărcărilor electrice, particulele pot curge împreună ca și cum ar fi un fluid și, de asemenea, tind să se aglomereze. Din cauza acestui comportament ciudat, mulți oameni de știință consideră că plasma este o a patra stare a materiei.