Fyysikot ja kemistit ovat pystyneet vuosisatojen ajan ja useiden kokeiden avulla kertomaan avaimen kaasun ominaisuudet, mukaan lukien sen käyttämä tilavuus (V) ja koteloonsa kohdistuva paine (P) lämpötila (T). Ihanteellinen kaasulaki on niiden kokeellisten havaintojen tislaus. Siinä todetaan, että PV = nRT, jossa n on kaasun moolien lukumäärä ja R on vakio, jota kutsutaan yleiseksi kaasuvakiona. Tämä suhde osoittaa, että kun paine on vakio, tilavuus kasvaa lämpötilan mukana ja kun tilavuus on vakio, paine kasvaa lämpötilan mukana. Jos kumpikaan ei ole kiinteä, molemmat nousevat lämpötilan noustessa.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Kun kuumennat kaasua, sekä sen höyrynpaine että sen käyttö lisääntyvät. Yksittäisistä kaasupartikkeleista tulee energisempiä ja kaasun lämpötila nousee. Korkeissa lämpötiloissa kaasu muuttuu plasmaksi.
Painekattilat ja ilmapallot
Painekeitin on esimerkki siitä, mitä tapahtuu, kun lämmitetään kiinteään tilavuuteen rajoitettua kaasua (vesihöyryä). Lämpötilan noustessa painemittarin lukema nousee siihen, kunnes vesihöyry alkaa poistua varoventtiilin läpi. Jos varoventtiiliä ei olisi, paine kasvaa jatkuvasti ja vahingoittaa tai räjähtää painekattilaa.
Kun nostat ilmapallossa olevan kaasun lämpötilaa, paine nousee, mutta se vain venyttää palloa ja lisää äänenvoimakkuutta. Lämpötilan noustessa ilmapallo saavuttaa joustorajansa eikä voi enää laajentua. Jos lämpötila nousee jatkuvasti, kasvava paine puhaltaa ilmapallon.
Lämpö on energiaa
Kaasu on kokoelma molekyylejä ja atomeja, joilla on tarpeeksi energiaa paeta niitä voimia, jotka yhdistävät ne nestemäisessä tai kiinteässä tilassa. Kun suljet kaasun säiliöön, hiukkaset törmäävät toisiinsa ja astian seinämiin. Törmäysten yhteinen voima painostaa säiliön seinämiä. Kun kuumennat kaasua, lisäät energiaa, mikä lisää hiukkasten liike-energiaa ja niiden säiliöön kohdistamaa painetta. ellei konttia olisi siellä, ylimääräinen energia saisi heidät lentämään suuremmilla reiteillä, mikä lisäisi tehokkaasti niiden käyttämää määrää.
Lämpöenergian lisääminen vaikuttaa myös mikroskooppisesti kaasun muodostaviin hiukkasiin sekä koko kaasun makroskooppiseen käyttäytymiseen. Kunkin hiukkasen kineettinen energia ei vain kasva, vaan myös sen sisäiset värähtelyt ja elektronien pyörimisnopeudet. Molemmat vaikutukset yhdessä kineettisen energian lisääntymisen kanssa saavat kaasun tuntumaan kuumemmalta.
Kaasusta plasmaan
Kaasusta tulee yhä energisempi ja kuumempi lämpötilan noustessa, kunnes tietyssä vaiheessa siitä tulee plasma. Tämä tapahtuu lämpötiloissa, jotka esiintyvät auringon pinnalla, noin 6000 Kelvin-astetta (10340 Fahrenheit-astetta). Korkea lämpöenergia poistaa elektronit kaasun atomista, jättäen neutraalien atomien, vapaiden elektronien ja ionisoitujen hiukkasten seoksen, joka tuottaa ja reagoi sähkömagneettisiin voimiin. Sähkövarausten takia hiukkaset voivat virrata yhdessä kuin ne olisivat nesteitä, ja niillä on taipumus myös kasautua yhteen. Tämän erikoisen käyttäytymisen vuoksi monet tutkijat pitävät plasmaa aineen neljäntenä tilana.