Toisin kuin nesteen tai kiinteän aineen molekyylit, kaasussa olevat voivat liikkua vapaasti tilassa, johon rajoitat niitä. He lentävät ympäriinsä törmäten toisinaan toisiinsa ja konttien seinämiin. Säiliön seinämiin kohdistama kollektiivinen paine riippuu niiden energiamäärästä. Ne saavat energiaa ympäristössään olevasta lämmöstä, joten jos lämpötila nousee, paine nousee. Itse asiassa nämä kaksi määrää liittyvät ihanteelliseen kaasulakiin.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Jäykässä säiliössä kaasun aiheuttama paine vaihtelee suoraan lämpötilan mukaan. Jos säiliö ei ole jäykkä, sekä tilavuus että paine vaihtelevat lämpötilan mukaan ihanteellisen kaasulain mukaan.
Ihanteellinen kaasulaki
Vuosien ajan useiden ihmisten kokeellisen työn tuloksena syntynyt ihanteellinen kaasulaki seuraa Boylen lakia sekä Charlesin ja Gay-Lussacin lakia. Ensin mainitaan, että tietyssä lämpötilassa (T) kaasun paine (P) kerrottuna sen tilavuudella (V) on vakio. Jälkimmäinen kertoo meille, että kun kaasun massa (n) pidetään vakiona, tilavuus on suoraan verrannollinen lämpötilaan. Lopullisessa muodossaan ihanteellinen kaasulaki toteaa:
PV = nRT
missä R on vakio, jota kutsutaan ihanteelliseksi kaasuvakiona.
Jos pidät kaasun massan ja säiliön tilavuuden vakiona, tämä suhde kertoo sinulle, että paine vaihtelee suoraan lämpötilan mukaan. Jos haluat piirtää erilaisia lämpötilan ja paineen arvoja, kaavio olisi suora viiva, jolla on positiivinen kaltevuus.
Entä jos kaasu ei ole ihanteellinen
Ihanteellinen kaasu on sellainen, jossa hiukkasten oletetaan olevan täysin joustavia eivätkä houkuttele tai hylkää toisiaan. Lisäksi itse kaasupartikkeleilla ei oleteta olevan tilavuutta. Vaikka mikään todellinen kaasu ei täytä näitä ehtoja, monet tulevat tarpeeksi lähelle tämän suhteen soveltamista. Sinun on kuitenkin otettava huomioon reaalimaailman tekijät, kun kaasun paine tai massa tulee erittäin korkeaksi tai kun tilavuus ja lämpötila laskevat hyvin matalaksi. Useimmissa huoneenlämpöisissä sovelluksissa ihanteellinen kaasulaki tarjoaa riittävän hyvän likiarvon useimpien kaasujen käyttäytymisestä.
Kuinka paine vaihtelee lämpötilan mukaan
Niin kauan kuin kaasun tilavuus ja massa ovat vakioita, paineen ja lämpötilan välinen suhde muuttuu:
P = KT
missä K on vakio, joka saadaan kaasun tilavuudesta, moolimäärästä ja ihanteellisesta kaasuvakiosta. Jos laitat kaasun, joka täyttää ihanteelliset kaasuolosuhteet, astiaan, jossa on jäykät seinät, jotta tilavuus ei voi muuttua, tiivistä säiliö ja mittaa paine astian seinämiin, näet sen laskevan laskiessasi astiaa lämpötila. Koska tämä suhde on lineaarinen, tarvitset vain kaksi lämpötilan ja paineen lukemaa piirtämään viiva, josta voit ekstrapoloida kaasun paineen missä tahansa lämpötilassa.
Tämä lineaarinen suhde hajoaa hyvin matalissa lämpötiloissa, kun kaasun epätäydellinen kimmoisuus molekyyleistä tulee tarpeeksi tärkeitä vaikuttamaan tuloksiin, mutta paine laskee silti laskiessasi lämpötila. Suhde on myös epälineaarinen, jos kaasumolekyylit ovat riittävän suuria estämään kaasun luokittelun ihanteelliseksi.