V průběhu staletí a prostřednictvím několika experimentů dokázali fyzici a chemici spojit klíč vlastnosti plynu, včetně objemu, který zaujímá (V) a tlaku, který vyvíjí na svůj kryt (P), na teplota (T). Zákon ideálního plynu je destilací jejich experimentálních nálezů. Uvádí, že PV = nRT, kde n je počet molů plynu a R je konstanta nazývaná univerzální plynová konstanta. Tento vztah ukazuje, že když je tlak konstantní, objem se zvyšuje s teplotou, a když je objem konstantní, tlak se zvyšuje s teplotou. Pokud žádný z nich není fixní, oba se zvyšují se zvyšující se teplotou.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Když ohříváte plyn, zvyšuje se jak jeho tlak par, tak objem, který zabírá. Jednotlivé částice plynu se stávají energičtějšími a teplota plynu se zvyšuje. Při vysokých teplotách se plyn mění na plazmu.
Tlakové hrnce a balónky
Příkladem toho, co se stane, když ohříváte plyn (vodní páru) omezený na stálý objem, je tlakový hrnec. Jak teplota stoupá, hodnota na tlakoměru stoupá s ní, dokud nezačne unikat vodní pára přes pojistný ventil. Pokud by tam pojistný ventil nebyl, tlak by se stále zvyšoval a poškodil by nebo by praskl tlakový hrnec.
Když zvýšíte teplotu plynu v balónu, tlak se zvýší, ale to slouží pouze k natažení balónu a zvýšení objemu. Jak teplota stále stoupá, balónek dosáhne svého elastického limitu a již se nemůže rozpínat. Pokud teplota stále stoupá, rostoucí tlak praskne balón.
Teplo je energie
Plyn je soubor molekul a atomů s dostatečnou energií, aby unikl silám, které je spojují dohromady v kapalném nebo pevném stavu. Když uzavřete plyn v nádobě, částice se srazí mezi sebou a se stěnami nádoby. Kolektivní síla srážek vyvíjí tlak na stěny kontejneru. Když ohříváte plyn, přidáváte energii, což zvyšuje kinetickou energii částic a tlak, který vyvíjejí na nádobu. kdyby tam kontejner nebyl, extra energie by je přiměla létat většími trajektoriemi, což by účinně zvýšilo objem, který zabírají.
Přidání tepelné energie má také mikroskopický účinek na částice, které tvoří plyn, a také na makroskopické chování plynu jako celku. Zvyšuje se nejen kinetická energie každé částice, ale také její vnitřní vibrace a rychlost otáčení jejích elektronů. Oba efekty v kombinaci se zvýšením kinetické energie způsobují, že se plyn cítí žhavější.
Od plynu k plazmě
Jak teplota stoupá, plyn se stává stále energičtějším a žhavějším, dokud se v určitém okamžiku nestane plazmou. K tomu dochází při teplotách, které se vyskytují na povrchu slunce, asi 6 000 stupňů Kelvina (10 340 stupňů Fahrenheita). Vysoká tepelná energie odstraňuje elektrony z atomů v plynu a zanechává směs neutrálních atomů, volných elektronů a ionizovaných částic, které generují a reagují na elektromagnetické síly. Kvůli elektrickým nábojům mohou částice proudit společně, jako by byly tekutinou, a také mají tendenci se shlukovat. Kvůli tomuto zvláštnímu chování mnozí vědci považují plazmu za čtvrtý stav hmoty.