במשך תקופה של מאות שנים ובאמצעות ניסויים מרובים, פיזיקאים וכימאים הצליחו להתייחס למפתח מאפיינים של גז, כולל הנפח שהוא תופס (V) והלחץ שהוא מפעיל על המתחם שלו (P), טמפרטורה (T). חוק הגז האידיאלי הוא זיקוק של ממצאי הניסוי שלהם. זה קובע כי PV = nRT, כאשר n הוא מספר השומות של הגז ו- R הוא קבוע הנקרא קבוע הגז האוניברסלי. קשר זה מראה שכאשר הלחץ הוא קבוע, הנפח עולה עם הטמפרטורה, וכאשר הנפח הוא קבוע, הלחץ עולה עם הטמפרטורה. אם אחד מהם אינו קבוע, שניהם עולים עם עליית הטמפרטורה.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
כשמחממים גז, גם לחץ האדים שלו וגם הנפח שהוא תופס גוברים. חלקיקי הגז הבודדים הופכים אנרגטיים יותר וטמפרטורת הגז עולה. בטמפרטורות גבוהות, הגז הופך לפלזמה.
סירי לחץ ובלונים
סיר לחץ הוא דוגמה למה שקורה כשמחממים גז (אדי מים) המוגבל לנפח קבוע. ככל שהטמפרטורה עולה, הקריאה על מד הלחץ עולה איתה עד שאדי המים מתחילים לברוח דרך שסתום הבטיחות. אם שסתום הבטיחות לא היה שם, הלחץ היה ממשיך לגדול ויגרום נזק או לפרוץ את סיר הלחץ.
כשמגדילים את הטמפרטורה של גז בבלון הלחץ עולה, אך זה משמש רק למתיחת הבלון ולהגדלת הנפח. ככל שהטמפרטורה ממשיכה לעלות, הבלון מגיע לגבול האלסטי שלו ואינו יכול עוד להתרחב. אם הטמפרטורה ממשיכה לעלות, הלחץ הגובר פורץ את הבלון.
חום הוא אנרגיה
גז הוא אוסף של מולקולות ואטומים עם מספיק אנרגיה כדי לברוח מהכוחות שקושרים אותם יחד במצב הנוזלי או המוצק. כשאתה סוגר גז במיכל, החלקיקים מתנגשים זה בזה ובדפנות המכולה. הכוח הקולקטיבי של ההתנגשויות מפעיל לחץ על קירות המכולה. כשמחממים את הגז מוסיפים אנרגיה שמגדילה את האנרגיה הקינטית של החלקיקים ואת הלחץ שהם מפעילים על המיכל. אם המכולה לא הייתה שם, האנרגיה הנוספת הייתה גורמת להם להטיס מסלולים גדולים יותר, ובכך להגדיל את הנפח שהם תופסים.
לתוספת אנרגיית חום יש השפעה מיקרוסקופית גם על החלקיקים המהווים גז וכן על התנהגות המקרוסקופית של הגז בכללותו. לא רק שהאנרגיה הקינטית של כל חלקיק עולה, אלא גם התנודות הפנימיות שלו ומהירות הסיבוב של האלקטרונים שלו. שתי ההשפעות, בשילוב עם העלייה באנרגיה הקינטית, גורמות לגז להרגיש חם יותר.
מגז לפלזמה
גז הופך להיות אנרגטי וחם יותר ויותר ככל שהטמפרטורה עולה עד שבנקודה מסוימת הוא הופך לפלסמה. זה קורה בטמפרטורות המתרחשות על פני השמש, בערך 6,000 מעלות קלווין (10,340 מעלות פרנהייט). אנרגיית החום הגבוה מפשיטה את האלקטרונים מהאטומים בגז, ומשאירה תערובת של אטומים ניטרליים, אלקטרונים חופשיים וחלקיקים מיוננים המייצרת ומגיבה לכוחות אלקטרו-מגנטיים. בגלל המטענים החשמליים, החלקיקים יכולים לזרום יחד כאילו היו נוזלים, והם גם נוטים להצטבר יחד. בגלל התנהגות משונה זו, מדענים רבים רואים בפלזמה מצב רביעי של חומר.
