ماذا يحدث عند تسخين الغاز؟

على مدى قرون ومن خلال تجارب متعددة ، تمكن الفيزيائيون والكيميائيون من ربط المفتاح خصائص الغاز ، بما في ذلك الحجم الذي يشغله (V) والضغط الذي يمارسه على غلافه (P) ، إلى درجة الحرارة (T). قانون الغاز المثالي هو تقطير نتائجهم التجريبية. تنص على أن PV = nRT ، حيث n هو عدد مولات الغاز و R ثابت يسمى ثابت الغاز العام. توضح هذه العلاقة أنه عندما يكون الضغط ثابتًا ، يزداد الحجم مع درجة الحرارة ، وعندما يكون الحجم ثابتًا ، يزداد الضغط مع درجة الحرارة. إذا لم يتم إصلاح أي منهما ، فإن كلاهما يزيد مع زيادة درجة الحرارة.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

عندما تقوم بتسخين الغاز ، يزداد كل من ضغط البخار والحجم الذي يشغله. تصبح جزيئات الغاز الفردية أكثر نشاطًا وتزداد درجة حرارة الغاز. في درجات حرارة عالية ، يتحول الغاز إلى بلازما.

قدر الضغط هو مثال لما يحدث عند تسخين غاز (بخار الماء) محصور في حجم ثابت. مع ارتفاع درجة الحرارة ، ترتفع القراءة الموجودة على مقياس الضغط معها حتى يبدأ بخار الماء في الهروب عبر صمام الأمان. إذا لم يكن صمام الأمان موجودًا ، فسيستمر الضغط في الزيادة وسيتلف أو ينفجر قدر الضغط.

عند زيادة درجة حرارة الغاز في البالون ، يزداد الضغط ، لكن هذا لا يؤدي إلا إلى شد البالون وزيادة الحجم. مع استمرار ارتفاع درجة الحرارة ، يصل البالون إلى حده المرن ولا يمكنه التمدد بعد الآن. إذا استمرت درجة الحرارة في الارتفاع ، فإن الضغط المتزايد ينفجر البالون.

الغاز عبارة عن مجموعة من الجزيئات والذرات ذات الطاقة الكافية للهروب من القوى التي تربطها معًا في الحالة السائلة أو الصلبة. عندما تضع غازًا في وعاء ، تتصادم الجزيئات مع بعضها البعض ومع جدران الحاوية. تمارس القوة الجماعية للتصادم ضغطًا على جدران الحاوية. عندما تقوم بتسخين الغاز ، فإنك تضيف طاقة ، مما يزيد من الطاقة الحركية للجسيمات والضغط الذي تمارسه على الحاوية. إذا لم تكن الحاوية موجودة ، فإن الطاقة الإضافية ستحثهم على الطيران في مسارات أكبر ، مما يزيد بشكل فعال من الحجم الذي يشغلونه.

إضافة الطاقة الحرارية لها أيضًا تأثير مجهري على الجسيمات التي تشكل غازًا وكذلك على السلوك العياني للغاز ككل. لا تزداد الطاقة الحركية لكل جسيم فحسب ، بل تزداد اهتزازاته الداخلية وسرعات دوران إلكتروناته أيضًا. كلا التأثيرين ، جنبًا إلى جنب مع زيادة الطاقة الحركية ، يجعلان الغاز أكثر سخونة.

يصبح الغاز أكثر نشاطًا وسخونة مع ارتفاع درجة الحرارة حتى يصبح ، عند نقطة معينة ، بلازما. يحدث هذا في درجات الحرارة التي تحدث على سطح الشمس ، حوالي 6000 درجة كلفن (10،340 درجة فهرنهايت). تجرد الطاقة الحرارية العالية الإلكترونات من الذرات في الغاز ، تاركة خليطًا من الذرات المحايدة والإلكترونات الحرة والجسيمات المتأينة التي تولد وتستجيب للقوى الكهرومغناطيسية. بسبب الشحنات الكهربائية ، يمكن للجسيمات أن تتدفق معًا كما لو كانت سائلًا ، كما أنها تميل أيضًا إلى التكتل معًا. بسبب هذا السلوك الغريب ، يعتبر العديد من العلماء أن البلازما هي الحالة الرابعة للمادة.