Innehåll
Under en århundradesperiod och genom flera experiment har fysiker och kemister kunnat relatera viktiga egenskaper hos en gas, inklusive volymen den upptar (V) och trycket som den utövar på dess inneslutning (P), till temperaturen (T). Den ideala gaslagen är en destillation av deras experimentella fynd. Det säger att PV = nRT, där n är antalet mol i gasen och R är en konstant som kallas universalgasskonstanten. Detta förhållande visar att, när trycket är konstant, volymen ökar med temperaturen, och när volymen är konstant, trycket ökar med temperaturen. Om inget är fixerat ökar de båda med ökande temperatur.
TL; DR (för lång; läste inte)
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 en 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 går mätningen på tryckmätaren upp tills vattenångan börjar komma ut genom säkerhetsventilen. Om säkerhetsventilen inte var där, skulle trycket fortsätta öka och skulle skada eller spränga tryckkokaren.
När du höjer temperaturen på en gas i en ballong ökar trycket, men det 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, spricker det ökande trycket ballongen.
Värme är energi
En gas är en samling av molekyler och atomer med tillräckligt med energi för att undkomma krafterna som binder dem samman i flytande eller fasta tillstånd. När du sluter in en gas i en behållare, kolliderar partiklarna med varandra och med behållarens väggar. Den samlade kraften i kollisionerna utövar tryck på containerväggarna. När du värmer gasen lägger du till energi, vilket ökar partiklarnas kinetiska energi och trycket de utövar på behållaren. om behållaren inte finns där, skulle den extra energin få dem att flyga större bana och effektivt öka volymen de upptar.
Tillsatsen av värmeenergi har också en mikroskopisk effekt på partiklarna som utgör en gas såväl som på det makroskopiska beteendet hos gasen som helhet.Inte bara ökar den kinetiska energin i varje partikel, utan dess inre vibrationer och hastigheterna för dess elektroner gör också. Båda effekterna, i kombination med ökningen av kinetisk energi, gör att gasen känns varmare.
Från gas till plasma
En gas blir mer energisk och varmare när temperaturen stiger tills den vid en viss tidpunkt blir en plasma. Detta inträffar vid temperaturer som förekommer 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 svarar på elektromagnetiska krafter. På grund av de elektriska laddningarna kan partiklarna flyta tillsammans som om de var en vätska, och de tenderar också att klumpa sig samman. På grund av detta märkliga beteende anser många forskare att en plasma är ett fjärde tillstånd.