Tijekom razdoblja stoljeća i kroz više eksperimenata, fizičari i kemičari uspjeli su povezati ključ karakteristike plina, uključujući zapreminu koju zauzima (V) i pritisak koji vrši na svoj poklopac (P), da temperatura (T). Zakon o idealnom plinu je destilacija njihovih eksperimentalnih nalaza. Navodi se da je PV = nRT, gdje je n broj molova plina, a R konstanta koja se naziva univerzalna plinska konstanta. Ovaj odnos pokazuje da, kada je pritisak konstantan, volumen raste s temperaturom, a kada je volumen konstantan, tlak raste s temperaturom. Ako nijedno nije fiksirano, oboje se povećavaju s porastom temperature.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Kada zagrijete plin, povećavaju se i njegov tlak pare i zapremina koju zauzima. Pojedine čestice plina postaju energičnije, a temperatura plina raste. Na visokim temperaturama plin se pretvara u plazmu.
Šporeti pod pritiskom i baloni
Štednjak pod pritiskom primjer je onoga što se događa kada zagrijavate plin (vodenu paru) ograničen na određenu količinu. Kako temperatura raste, očitavanje na manometru raste s tim dok vodena para ne počne izlaziti kroz sigurnosni ventil. Da sigurnosnog ventila nema, tlak bi se povećavao i oštetio ili puknuo lonac pod tlakom.
Kad povećate temperaturu plina u balonu, tlak raste, ali to služi samo za rastezanje balona i povećanje volumena. Kako temperatura nastavlja rasti, balon doseže svoju elastičnu granicu i više se ne može širiti. Ako temperatura nastavlja rasti, sve veći pritisak puca u balonu.
Toplina je energija
Plin je skup molekula i atoma s dovoljno energije da pobjegne silama koje ih povezuju u tekućem ili krutom stanju. Kad zatvorite plin u posudu, čestice se sudaraju jedna s drugom i sa stijenkama posude. Skupna sila sudara vrši pritisak na stijenke spremnika. Kada zagrijete plin, dodajete energiju, što povećava kinetičku energiju čestica i pritisak koji vrše na posudu. da kontejnera nije tamo, dodatna energija natjerala bi ih da lete većim putanjama, učinkovito povećavajući zapreminu koju zauzimaju.
Dodavanje toplinske energije također ima mikroskopski učinak na čestice koje čine plin, kao i na makroskopsko ponašanje plina u cjelini. Ne samo da se povećava kinetička energija svake čestice, već se povećavaju i njezine unutarnje vibracije i brzine vrtnje njezinih elektrona. Oba učinka, u kombinaciji s povećanjem kinetičke energije, čine da se plin osjeća vruće.
Od plina do plazme
Plin postaje sve energičniji i vrući kako temperatura raste dok u određenom trenutku ne postane plazma. To se događa pri temperaturama koje se javljaju na površini sunca, oko 6000 stupnjeva Kelvina (10.340 stupnjeva Fahrenheita). Visoka toplinska energija oduzima elektrone od atoma u plinu, ostavljajući smjesu neutralnih atoma, slobodnih elektrona i ioniziranih čestica koja stvara i reagira na elektro-magnetske sile. Zbog električnih naboja, čestice mogu strujati zajedno kao da su tekućina, a također imaju tendenciju skupljanja. Zbog ovog neobičnog ponašanja, mnogi znanstvenici smatraju da je plazma četvrto stanje materije.
