Over en periode på århundrer og gjennom flere eksperimenter har fysikere og kjemikere vært i stand til å relatere nøkkelen egenskaper av en gass, inkludert volumet den opptar (V) og trykket den utøver på kabinettet (P), for å temperatur (T). Den ideelle gassloven er en destillasjon av deres eksperimentelle funn. Den sier at PV = nRT, hvor n er antall mol av gassen og R er en konstant som kalles den universelle gasskonstanten. Dette forholdet viser at når trykket er konstant, øker volumet med temperaturen, og når volumet er konstant, øker trykket med temperaturen. Hvis ingen av disse er løst, øker de begge med økende temperatur.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Når du varmer opp en gass, øker både damptrykket og volumet. De enkelte gasspartiklene blir mer energiske og gassens temperatur øker. Ved høye temperaturer blir gassen til et plasma.
Trykkkokere og ballonger
En trykkoker er et eksempel på hva som skjer når du varmer opp en gass (vanndamp) begrenset til et fast volum. Når temperaturen stiger, vil avlesningen på manometeret øke med den til vanndampen begynner å rømme gjennom sikkerhetsventilen. Hvis sikkerhetsventilen ikke var der, ville trykket fortsette å øke og ville skade eller sprekke trykkokeren.
Når du øker temperaturen på en gass i en ballong, øker trykket, men dette tjener bare til å strekke ballongen og øke volumet. Når temperaturen fortsetter å stige, når ballongen sin elastiske grense og kan ikke lenger utvide seg. Hvis temperaturen fortsetter å gå opp, sprenger det økende trykket ballongen.
Varme er energi
En gass er en samling av molekyler og atomer med nok energi til å unnslippe kreftene som binder dem sammen i flytende eller fast tilstand. Når du legger inn en gass i en beholder, kolliderer partiklene med hverandre og med veggene i beholderen. Den kollektive kraften til kollisjonene utøver press på containerveggene. Når du varmer opp gassen, tilfører du energi, noe som øker kinetisk energi til partiklene og trykket de utøver på beholderen. Hvis containeren ikke var der, ville den ekstra energien få dem til å fly større baner, og effektivt øke volumet de okkuperer.
Tilsetning av varmeenergi har også en mikroskopisk effekt på partiklene som utgjør en gass så vel som på den makroskopiske oppførselen til gassen som helhet. Ikke bare øker den kinetiske energien til hver partikkel, men dens indre vibrasjoner og elektronens rotasjonshastigheter gjør det også. Begge effektene, kombinert med økningen i kinetisk energi, får gassen til å føles varmere.
Fra bensin til plasma
En gass blir stadig mer energisk og varmere når temperaturen stiger til den på et bestemt tidspunkt blir et plasma. Dette skjer ved temperaturer som oppstår på overflaten av solen, omtrent 6000 grader Kelvin (10.340 grader Fahrenheit). Den høye varmenergien fjerner elektronene fra atomene i gassen, og etterlater en blanding av nøytrale atomer, frie elektroner og ioniserte partikler som genererer og reagerer på elektromagnetiske krefter. På grunn av de elektriske ladningene kan partiklene strømme sammen som om de var en væske, og de har også en tendens til å klumpe seg sammen. På grunn av denne særegne oppførselen anser mange forskere at plasma er en fjerde tilstand av materie.