Gadsimtu laikā un veicot vairākus eksperimentus, fiziķi un ķīmiķi ir spējuši saistīt atslēgu gāzes raksturlielumi, ieskaitot tās aizņemto tilpumu (V) un spiedienu, ko tā izdara uz kameru (P), lai temperatūra (T). Ideāls gāzes likums ir viņu eksperimentālo atklājumu destilācija. Tajā teikts, ka PV = nRT, kur n ir gāzes molu skaits un R ir konstante, ko sauc par universālo gāzes konstanti. Šī attiecība parāda, ka tad, ja spiediens ir nemainīgs, tilpums palielinās līdz ar temperatūru, un, ja tilpums ir nemainīgs, spiediens palielinās līdz ar temperatūru. Ja neviens nav fiksēts, tie abi palielinās, paaugstinoties temperatūrai.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Sildot gāzi, palielinās gan tvaika spiediens, gan aizņemtais tilpums. Atsevišķas gāzes daļiņas kļūst enerģiskākas, un gāzes temperatūra paaugstinās. Augstās temperatūrās gāze pārvēršas par plazmu.
Spiediena katli un baloni
Spiediena katls ir piemērs tam, kas notiek, sildot gāzi (ūdens tvaikus), kas ierobežots līdz fiksētam tilpumam. Temperatūrai paaugstinoties, manometra rādījums iet līdz ar to, līdz ūdens tvaiki sāk izplūst caur drošības vārstu. Ja drošības vārsta nebūtu, spiediens turpinātu pieaugt un sabojātu vai pārsprāgt spiediena katlu.
Palielinot gāzes temperatūru balonā, spiediens palielinās, bet tas kalpo tikai balona izstiepšanai un tilpuma palielināšanai. Temperatūrai turpinot paaugstināties, balons sasniedz elastības robežu un vairs nevar paplašināties. Ja temperatūra turpina paaugstināties, pieaugošais spiediens pārplīst balonu.
Siltums ir enerģija
Gāze ir molekulu un atomu kolekcija, kurai ir pietiekami daudz enerģijas, lai izvairītos no spēkiem, kas tos savieno šķidrā vai cietā stāvoklī. Kad jūs ievietojat gāzi traukā, daļiņas saduras savā starpā un ar trauka sienām. Sadursmju kolektīvais spēks izdara spiedienu uz konteinera sienām. Sildot gāzi, jūs pievienojat enerģiju, kas palielina daļiņu kinētisko enerģiju un spiedienu, ko tās izdara uz trauka. ja konteinera nebūtu, papildu enerģija tos mudinātu lidot ar lielākām trajektorijām, efektīvi palielinot to aizņemto apjomu.
Siltumenerģijas pievienošanai ir arī mikroskopiska ietekme uz daļiņām, kas veido gāzi, kā arī uz gāzes makroskopisko uzvedību kopumā. Palielinās ne tikai katras daļiņas kinētiskā enerģija, bet arī tās iekšējās vibrācijas un elektronu rotācijas ātrumi. Abi efekti, apvienojumā ar kinētiskās enerģijas palielināšanos, padara gāzi karstāku.
No gāzes līdz plazmai
Temperatūras paaugstināšanās laikā gāze kļūst arvien enerģiskāka un karstāka, līdz noteiktā brīdī tā kļūst par plazmu. Tas notiek temperatūrā, kas notiek uz saules virsmas, aptuveni 6000 grādu pēc Kelvina (10 340 grādi pēc Fārenheita). Augsta siltuma enerģija atbrīvo elektronus no gāzē esošajiem atomiem, atstājot neitrālu atomu, brīvo elektronu un jonizēto daļiņu maisījumu, kas ģenerē elektromagnētiskos spēkus un reaģē uz tiem. Elektrisko lādiņu dēļ daļiņas var plūst kopā tā, it kā tās būtu šķidrums, un tām ir arī tendence salocīties kopā. Šīs savdabīgās uzvedības dēļ daudzi zinātnieki plazmu uzskata par ceturto matērijas stāvokli.