In tegenstelling tot moleculen in een vloeistof of vaste stof, kunnen die in een gas vrij bewegen in de ruimte waarin je ze opsluit. Ze vliegen rond en botsen af en toe met elkaar en met de containerwanden. De collectieve druk die ze uitoefenen op de containerwanden hangt af van de hoeveelheid energie die ze hebben. Ze halen energie uit de warmte in hun omgeving, dus als de temperatuur stijgt, stijgt ook de druk. In feite zijn de twee grootheden gerelateerd aan de ideale gaswet.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
In een stijve container varieert de druk die door een gas wordt uitgeoefend direct met de temperatuur. Als de container niet stijf is, variëren zowel het volume als de druk met de temperatuur volgens de ideale gaswet.
De ideale gaswet
Afgeleid over een periode van jaren door het experimentele werk van een aantal individuen, volgt de ideale gaswet uit de wet van Boyle en de wet van Charles en Gay-Lussac. De eerste stelt dat bij een gegeven temperatuur (T), de druk (P) van een gas vermenigvuldigd met het volume (V) dat het inneemt een constante is. De laatste vertelt ons dat wanneer de massa van het gas (n) constant wordt gehouden, het volume recht evenredig is met de temperatuur. In zijn definitieve vorm stelt de ideale gaswet:
PV=nRT
waarbij R een constante is die de ideale gasconstante wordt genoemd.
Als je de massa van het gas en het volume van de container constant houdt, vertelt deze relatie je dat de druk direct varieert met de temperatuur. Als je verschillende waarden van temperatuur en druk in een grafiek zou zetten, zou de grafiek een rechte lijn zijn met een positieve helling.
Wat als een gas niet ideaal is?
Een ideaal gas is een gas waarin wordt aangenomen dat de deeltjes perfect elastisch zijn en elkaar niet aantrekken of afstoten. Bovendien wordt aangenomen dat de gasdeeltjes zelf geen volume hebben. Hoewel geen enkel echt gas aan deze voorwaarden voldoet, komen velen dicht genoeg in de buurt om deze relatie toe te passen. U moet echter rekening houden met reële factoren wanneer de druk of massa van het gas erg hoog wordt, of het volume en de temperatuur erg laag worden. Voor de meeste toepassingen bij kamertemperatuur biedt de ideale gaswet een goede benadering van het gedrag van de meeste gassen.
Hoe de druk varieert met de temperatuur
Zolang het volume en de massa van het gas constant zijn, wordt de relatie tussen druk en temperatuur:
P=KT
waarbij K een constante is die is afgeleid van het volume, het aantal mol gas en de ideale gasconstante. Als je een gas dat aan ideale gascondities voldoet in een container met stijve wanden doet, zodat het volume niet kan veranderen, sluit de container en meet de druk op de containerwanden, je zult zien dat deze afneemt naarmate je de temperatuur. Aangezien deze relatie lineair is, hebt u slechts twee metingen van temperatuur en druk nodig om een lijn te trekken waaruit u de druk van het gas bij een bepaalde temperatuur kunt extrapoleren.
Deze lineaire relatie wordt afgebroken bij zeer lage temperaturen wanneer de onvolmaakte elasticiteit van het gas moleculen worden belangrijk genoeg om de resultaten te beïnvloeden, maar de druk zal nog steeds afnemen naarmate u de temperatuur. De relatie zal ook niet-lineair zijn als de gasmoleculen groot genoeg zijn om classificatie van het gas als ideaal uit te sluiten.