A folyadékban vagy szilárd anyagban lévő molekulákkal szemben a gázban lévők szabadon mozoghatnak abban a térben, amelybe behatárolják őket. Repülnek, időnként ütköznek egymással és a tartály falával. Az edény falaira gyakorolt kollektív nyomás az energia mennyiségétől függ. A környezetük hőjéből nyerik az energiát, tehát ha a hőmérséklet emelkedik, akkor a nyomás is. Valójában a két mennyiséget az ideális gáztörvény kapcsolja össze.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Merev tartályban a gáz által kifejtett nyomás a hőmérséklettől függően változik. Ha a tartály nem merev, akkor mind a térfogat, mind a nyomás az ideális gáztörvénynek megfelelően változik a hőmérséklettől.
Az ideális gáztörvény
Éveken át számos ember kísérleti munkájából származtatott ideális gáztörvény Boyle törvényéből, valamint a Charles és Gay-Lussac törvényből következik. Az előbbi azt állítja, hogy egy adott hőmérsékleten (T) a gáz nyomása (P) megszorozva az általa elfoglalt térfogattal (V) állandó. Ez utóbbi azt mondja nekünk, hogy amikor a gáz (n) tömegét állandó értéken tartjuk, a térfogat egyenesen arányos a hőmérséklettel. Végső formájában az ideális gáztörvény kimondja:
PV = nRT
ahol R az ideális gázállandónak nevezett állandó.
Ha állandó értéken tartja a gáz tömegét és a tartály térfogatát, akkor ez az összefüggés azt mutatja, hogy a nyomás a hőmérséklet függvényében közvetlenül változik. Ha a hőmérséklet és a nyomás különféle értékeit ábrázolná, a grafikon egyenes, pozitív lejtésű lenne.
Mi van, ha a gáz nem ideális
Ideális gáz az, amelyben a részecskéket feltételezzük, hogy tökéletesen rugalmasak, és nem vonzzák vagy taszítják egymást. Ezenkívül feltételezzük, hogy maguk a gázrészecskék sem rendelkeznek térfogattal. Bár egyetlen valódi gáz sem felel meg ezeknek a feltételeknek, sokan elég közel vannak ahhoz, hogy lehetővé tegyék e kapcsolat alkalmazását. Figyelembe kell vennie a valós tényezőket, amikor a gáz nyomása vagy tömege nagyon magas, vagy a térfogat és a hőmérséklet nagyon alacsony lesz. A legtöbb szobahőmérsékleten történő alkalmazás esetén az ideális gáztörvény megfelelő módon közelíti a legtöbb gáz viselkedését.
Hogyan változik a nyomás a hőmérséklettel
Amíg a gáz térfogata és tömege állandó, addig a nyomás és a hőmérséklet közötti kapcsolat:
P = KT
ahol K egy konstans, amely a térfogatból, a mol mol számából és az ideális gázállandóból származik. Ha az ideális gázfeltételeket kielégítő gázt egy merev falú tartályba helyezi, így a térfogat nem változhat, zárja le a tartályt, és mérje meg a tartály falainak nyomását, látni fogja, hogy csökken, ahogy leereszti a tartályt hőfok. Mivel ez az összefüggés lineáris, csak két leolvasásra van szükség a hőmérsékletről és a nyomásról egy olyan vonal megrajzolásához, amelyből bármelyik hőmérsékleten extrapolálhatja a gáz nyomását.
Ez a lineáris összefüggés nagyon alacsony hőmérsékleten bomlik meg, amikor a gáz tökéletlen rugalmassága a molekulák eléggé fontossá válnak ahhoz, hogy befolyásolják az eredményeket, de a nyomás akkor is csökken, amikor leengedi a hőfok. A kapcsolat akkor is nemlineáris lesz, ha a gázmolekulák elég nagyok ahhoz, hogy kizárják a gáz ideálisnak minősítését.