Για μια περίοδο αιώνων και μέσω πολλαπλών πειραμάτων, οι φυσικοί και οι χημικοί μπόρεσαν να συσχετίσουν το κλειδί χαρακτηριστικά ενός αερίου, συμπεριλαμβανομένου του όγκου που καταλαμβάνει (V) και της πίεσης που ασκεί στο περίβλημά του (P), θερμοκρασία (Τ). Ο ιδανικός νόμος για το φυσικό αέριο είναι η απόσταξη των πειραματικών ευρημάτων τους. Αναφέρει ότι PV = nRT, όπου n είναι ο αριθμός γραμμομορίων του αερίου και το R είναι μια σταθερά που ονομάζεται παγκόσμια σταθερά αερίου. Αυτή η σχέση δείχνει ότι, όταν η πίεση είναι σταθερή, ο όγκος αυξάνεται με τη θερμοκρασία και όταν ο όγκος είναι σταθερός, η πίεση αυξάνεται με τη θερμοκρασία. Εάν δεν είναι σταθερό, και τα δύο αυξάνονται με την αύξηση της θερμοκρασίας
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Όταν θερμαίνετε ένα αέριο, αυξάνεται τόσο η πίεση ατμών όσο και ο όγκος που καταλαμβάνει. Τα μεμονωμένα σωματίδια αερίου γίνονται πιο ενεργητικά και η θερμοκρασία του αερίου αυξάνεται. Σε υψηλές θερμοκρασίες, το αέριο μετατρέπεται σε πλάσμα.
Κουζίνες πίεσης και μπαλόνια
Η ηλεκτρική κουζίνα είναι ένα παράδειγμα του τι συμβαίνει όταν θερμαίνετε ένα αέριο (υδρατμός) που περιορίζεται σε σταθερό όγκο. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ένδειξη στο μανόμετρο αυξάνεται μαζί του έως ότου οι υδρατμοί αρχίσουν να διαφεύγουν μέσω της βαλβίδας ασφαλείας. Εάν η βαλβίδα ασφαλείας δεν ήταν εκεί, η πίεση θα συνεχίσει να αυξάνεται και θα προκαλούσε ζημιά ή έκρηξη της εστίας.
Όταν αυξάνετε τη θερμοκρασία ενός αερίου σε ένα μπαλόνι, η πίεση αυξάνεται, αλλά αυτό χρησιμεύει μόνο για να τεντώσετε το μπαλόνι και να αυξήσετε την ένταση. Καθώς η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται, το μπαλόνι φτάνει στο ελαστικό του όριο και δεν μπορεί πλέον να επεκταθεί. Εάν η θερμοκρασία συνεχίσει να αυξάνεται, η αυξανόμενη πίεση ξεσπά το μπαλόνι.
Η θερμότητα είναι ενέργεια
Το αέριο είναι μια συλλογή μορίων και ατόμων με αρκετή ενέργεια για να ξεφύγουν από τις δυνάμεις που τα συνδέουν μεταξύ τους σε υγρές ή στερεές καταστάσεις. Όταν περικλείετε ένα αέριο σε ένα δοχείο, τα σωματίδια συγκρούονται μεταξύ τους και με τα τοιχώματα του δοχείου. Η συλλογική δύναμη των συγκρούσεων ασκεί πίεση στα τοιχώματα του δοχείου. Όταν θερμαίνετε το αέριο, προσθέτετε ενέργεια, η οποία αυξάνει την κινητική ενέργεια των σωματιδίων και την πίεση που ασκούν στο δοχείο. Εάν το δοχείο δεν ήταν εκεί, η επιπλέον ενέργεια θα τους ώθησε να πετάξουν μεγαλύτερες τροχιές, αυξάνοντας αποτελεσματικά τον όγκο που καταλαμβάνουν.
Η προσθήκη θερμικής ενέργειας έχει επίσης μικροσκοπική επίδραση στα σωματίδια που αποτελούν αέριο καθώς και στη μακροσκοπική συμπεριφορά του αερίου στο σύνολό του. Όχι μόνο αυξάνεται η κινητική ενέργεια κάθε σωματιδίου, αλλά και οι εσωτερικές δονήσεις και οι ταχύτητες περιστροφής των ηλεκτρονίων του. Και τα δύο αποτελέσματα, σε συνδυασμό με την αύξηση της κινητικής ενέργειας, κάνουν το αέριο να αισθάνεται πιο ζεστό.
Από το αέριο στο πλάσμα
Ένα αέριο γίνεται όλο και πιο ενεργητικό και πιο ζεστό καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται μέχρι, σε ένα ορισμένο σημείο, να γίνει πλάσμα. Αυτό συμβαίνει σε θερμοκρασίες που εμφανίζονται στην επιφάνεια του ήλιου, περίπου 6.000 βαθμούς Κέλβιν (10.340 βαθμούς Φαρενάιτ). Η υψηλή θερμική ενέργεια απογυμνώνει τα ηλεκτρόνια από τα άτομα στο αέριο, αφήνοντας ένα μείγμα ουδέτερων ατόμων, ελεύθερων ηλεκτρονίων και ιονισμένων σωματιδίων που δημιουργούν και αποκρίνονται σε ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις. Λόγω των ηλεκτρικών φορτίων, τα σωματίδια μπορούν να ρέουν μαζί σαν να ήταν ρευστό και τείνουν επίσης να συσσωρεύονται μεταξύ τους. Λόγω αυτής της περίεργης συμπεριφοράς, πολλοί επιστήμονες θεωρούν ότι το πλάσμα είναι μια τέταρτη κατάσταση της ύλης.