Na rozdíl od molekul v kapalině nebo v pevné látce se ty v plynu mohou volně pohybovat v prostoru, ve kterém je omezujete. Létají kolem, občas se srazí mezi sebou a se stěnami kontejneru. Souhrnný tlak, který vyvíjejí na stěny nádoby, závisí na množství energie, kterou mají. Energii získávají z tepla ve svém okolí, takže pokud teplota stoupá, zvyšuje se i tlak. Ve skutečnosti jsou obě veličiny spojeny zákonem ideálního plynu.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
V tuhé nádobě se tlak vyvíjený plynem mění přímo s teplotou. Pokud nádoba není tuhá, objem i tlak se mění podle teploty podle zákona o ideálním plynu.
Zákon o ideálním plynu
Zákon o ideálním plynu, odvozený po několik let experimentální prací řady jednotlivců, vyplývá z Boyleova zákona a zákona Charlese a Gay-Lussaca. První uvádí, že při dané teplotě (T) je tlak (P) plynu vynásobený objemem (V), který zabírá, konstantní. Ten nám říká, že když je hmotnost plynu (n) udržována konstantní, je objem přímo úměrný teplotě. Zákon o ideálním plynu ve své konečné podobě stanoví:
PV = nRT
kde R je konstanta nazývaná konstanta ideálního plynu.
Pokud udržujete konstantní hmotnost plynu a objem nádoby, tento vztah vám říká, že tlak se mění přímo s teplotou. Pokud byste grafovali různé hodnoty teploty a tlaku, byl by to graf přímka s kladným sklonem.
Co když plyn není ideální
Ideálním plynem je plyn, u kterého se částice považují za dokonale elastické a navzájem se nepřitahují ani neodpuzují. Navíc se předpokládá, že samotné plynné částice nemají žádný objem. I když žádný skutečný plyn tyto podmínky nesplňuje, mnoho z nich je dostatečně blízko, aby bylo možné tento vztah uplatnit. Musíte však vzít v úvahu faktory reálného světa, když se tlak nebo hmotnost plynu velmi zvýší nebo objem a teplota klesnou velmi nízko. Pro většinu aplikací při pokojové teplotě poskytuje zákon o ideálním plynu dostatečně dobrou aproximaci chování většiny plynů.
Jak se tlak mění s teplotou
Pokud jsou objem a hmotnost plynu konstantní, stává se vztah mezi tlakem a teplotou:
P = KT
kde K je konstanta odvozená z objemu, počtu molů plynu a konstanty ideálního plynu. Pokud vložíte plyn, který splňuje ideální podmínky pro plyn, do nádoby s pevnými stěnami, aby se objem nemohl změnit, utěsněte nádobu a změřte tlak na stěny nádoby, uvidíte, jak se snižuje při snižování teplota. Protože tento vztah je lineární, potřebujete dvě naměřené hodnoty teploty a tlaku, abyste nakreslili čáru, ze které můžete extrapolovat tlak plynu při jakékoli dané teplotě.
Tento lineární vztah se rozpadá při velmi nízkých teplotách, když nedokonalá pružnost plynu molekuly se stávají natolik důležitými, aby ovlivnily výsledky, ale tlak bude stále klesat, jak snižujete teplota. Vztah bude také nelineární, pokud jsou molekuly plynu dostatečně velké, aby zabránily klasifikaci plynu jako ideálního.