Przez wieki i dzięki licznym eksperymentom fizycy i chemicy byli w stanie powiązać klucz charakterystykę gazu, w tym zajmowaną przez niego objętość (V) i ciśnienie, jakie wywiera na jego obudowę (P), do temperatura (T). Prawo gazu doskonałego to destylacja ich eksperymentalnych odkryć. Stwierdza, że PV = nRT, gdzie n jest liczbą moli gazu, a R jest stałą nazywaną uniwersalną stałą gazową. Ta zależność pokazuje, że gdy ciśnienie jest stałe, objętość wzrasta wraz z temperaturą, a gdy objętość jest stała, ciśnienie wzrasta wraz z temperaturą. Jeśli żadna z nich nie jest ustalona, obie wzrastają wraz ze wzrostem temperatury.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Kiedy ogrzewasz gaz, wzrasta zarówno jego ciśnienie pary, jak i objętość, którą zajmuje. Poszczególne cząstki gazu stają się bardziej energetyczne, a temperatura gazu wzrasta. W wysokich temperaturach gaz zamienia się w plazmę.
Szybkowary i balony
Szybkowar jest przykładem tego, co dzieje się, gdy podgrzewasz gaz (parę wodną) o stałej objętości. Wraz ze wzrostem temperatury odczyt na manometrze rośnie, aż para wodna zacznie uciekać przez zawór bezpieczeństwa. Gdyby nie było zaworu bezpieczeństwa, ciśnienie by rosło i uszkodziłoby lub rozerwałoby szybkowar.
Gdy zwiększasz temperaturę gazu w balonie, ciśnienie wzrasta, ale służy to jedynie rozciągnięciu balonu i zwiększeniu objętości. Wraz ze wzrostem temperatury balon osiąga granicę elastyczności i nie może się już rozszerzać. Jeśli temperatura nadal rośnie, wzrastające ciśnienie powoduje rozerwanie balonu.
Ciepło to energia
Gaz to zbiór cząsteczek i atomów o energii wystarczającej do ucieczki przed siłami, które łączą je ze sobą w stanie ciekłym lub stałym. Gdy zamkniesz gaz w pojemniku, cząsteczki zderzają się ze sobą i ze ściankami pojemnika. Łączna siła zderzeń wywiera nacisk na ściany kontenera. Kiedy podgrzewasz gaz, dodajesz energię, która zwiększa energię kinetyczną cząstek i ciśnienie, jakie wywierają na pojemnik. gdyby kontenera tam nie było, dodatkowa energia skłoniłaby je do latania większymi trajektoriami, skutecznie zwiększając objętość, którą zajmują.
Dodanie energii cieplnej ma również mikroskopijny wpływ na cząstki tworzące gaz, jak również na makroskopowe zachowanie gazu jako całości. Nie tylko wzrasta energia kinetyczna każdej cząstki, ale także jej wewnętrzne wibracje i prędkość rotacji jej elektronów. Oba efekty, w połączeniu ze wzrostem energii kinetycznej, sprawiają, że gaz jest cieplejszy.
Od gazu do plazmy
Wraz ze wzrostem temperatury gaz staje się coraz bardziej energetyczny i gorętszy, aż w pewnym momencie staje się plazmą. Dzieje się tak w temperaturach występujących na powierzchni Słońca, około 6000 stopni Kelvina (10 340 stopni Fahrenheita). Wysoka energia cieplna usuwa elektrony z atomów gazu, pozostawiając mieszaninę neutralnych atomów, wolnych elektronów i zjonizowanych cząstek, która generuje i reaguje na siły elektromagnetyczne. Ze względu na ładunki elektryczne cząstki mogą płynąć razem, jakby były płynem, a także mają tendencję do zbijania się razem. Z powodu tego szczególnego zachowania wielu naukowców uważa plazmę za czwarty stan skupienia.