Durante un período de siglos y a través de múltiples experimentos, físicos y químicos han podido relacionar las claves características de un gas, incluido el volumen que ocupa (V) y la presión que ejerce sobre su envolvente (P), para temperatura (T). La ley de los gases ideales es una destilación de sus hallazgos experimentales. Establece que PV = nRT, donde n es el número de moles del gas y R es una constante llamada constante universal del gas. Esta relación muestra que, cuando la presión es constante, el volumen aumenta con la temperatura, y cuando el volumen es constante, la presión aumenta con la temperatura. Si no se fija ninguno, ambos aumentan con el aumento de temperatura.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Cuando calienta un gas, tanto su presión de vapor como el volumen que ocupa aumentan. Las partículas de gas individuales se vuelven más energéticas y la temperatura del gas aumenta. A altas temperaturas, el gas se convierte en plasma.
Ollas a Presión y Globos
Una olla a presión es un ejemplo de lo que sucede cuando se calienta un gas (vapor de agua) confinado a un volumen fijo. A medida que aumenta la temperatura, la lectura del manómetro aumenta con ella hasta que el vapor de agua comienza a escapar a través de la válvula de seguridad. Si la válvula de seguridad no estuviera allí, la presión seguiría aumentando y dañaría o reventaría la olla a presión.
Cuando aumenta la temperatura de un gas en un globo, la presión aumenta, pero esto solo sirve para estirar el globo y aumentar el volumen. A medida que la temperatura sigue aumentando, el globo alcanza su límite elástico y ya no puede expandirse. Si la temperatura sigue subiendo, la presión en aumento hace que el globo reviente.
El calor es energía
Un gas es una colección de moléculas y átomos con suficiente energía para escapar de las fuerzas que los unen en estado líquido o sólido. Cuando encierra un gas en un recipiente, las partículas chocan entre sí y con las paredes del recipiente. La fuerza colectiva de las colisiones ejerce presión sobre las paredes del contenedor. Cuando calienta el gas, agrega energía, lo que aumenta la energía cinética de las partículas y la presión que ejercen sobre el recipiente. si el contenedor no estuviera allí, la energía extra los induciría a volar trayectorias más grandes, aumentando efectivamente el volumen que ocupan.
La adición de energía térmica también tiene un efecto microscópico sobre las partículas que constituyen un gas, así como sobre el comportamiento macroscópico del gas en su conjunto. No solo aumenta la energía cinética de cada partícula, sino que también aumentan sus vibraciones internas y las velocidades de rotación de sus electrones. Ambos efectos, combinados con el aumento de la energía cinética, hacen que el gas se sienta más caliente.
Del gas al plasma
Un gas se vuelve cada vez más energético y más caliente a medida que aumenta la temperatura hasta que, en cierto punto, se convierte en plasma. Esto ocurre a temperaturas que ocurren en la superficie del sol, alrededor de 6,000 grados Kelvin (10,340 grados Fahrenheit). La alta energía térmica quita los electrones de los átomos del gas, dejando una mezcla de átomos neutros, electrones libres y partículas ionizadas que genera y responde a fuerzas electromagnéticas. Debido a las cargas eléctricas, las partículas pueden fluir juntas como si fueran un fluido y también tienden a agruparse. Debido a este comportamiento peculiar, muchos científicos consideran que un plasma es un cuarto estado de la materia.