W przeciwieństwie do cząsteczek w cieczy lub ciele stałym, te w gazie mogą swobodnie poruszać się w przestrzeni, w której je ograniczasz. Latają dookoła, od czasu do czasu zderzając się ze sobą i ze ścianami kontenera. Zbiorczy nacisk, jaki wywierają na ściany kontenera, zależy od ilości posiadanej przez nie energii. Czerpią energię z ciepła w swoim otoczeniu, więc jeśli temperatura rośnie, rośnie też ciśnienie. W rzeczywistości te dwie wielkości są powiązane przez prawo gazu doskonałego.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
W sztywnym pojemniku ciśnienie wywierane przez gaz zmienia się bezpośrednio wraz z temperaturą. Jeśli pojemnik nie jest sztywny, zarówno objętość, jak i ciśnienie zmieniają się wraz z temperaturą zgodnie z prawem gazu doskonałego.
Prawo dotyczące gazu doskonałego
Wywodzące się przez lata z eksperymentalnej pracy wielu jednostek, prawo gazu doskonałego wynika z prawa Boyle'a oraz prawa Charlesa i Gay-Lussaca. Pierwsza stwierdza, że w danej temperaturze (T) ciśnienie (P) gazu pomnożone przez objętość (V) jaką zajmuje jest stałe. Ten ostatni mówi nam, że gdy masa gazu (n) jest utrzymywana na stałym poziomie, objętość jest wprost proporcjonalna do temperatury. W swojej ostatecznej postaci prawo gazu doskonałego stanowi:
PV=nRT
gdzie R jest stałą zwaną idealną stałą gazu.
Jeśli utrzymasz stałą masę gazu i objętość pojemnika, ta zależność mówi, że ciśnienie zmienia się bezpośrednio wraz z temperaturą. Gdybyś miał wykreślić różne wartości temperatury i ciśnienia, wykres byłby linią prostą o dodatnim nachyleniu.
Co jeśli gaz nie jest idealny?
Gaz doskonały to taki, w którym zakłada się, że cząsteczki są doskonale elastyczne i nie przyciągają się ani nie odpychają. Ponadto zakłada się, że same cząstki gazu nie mają objętości. Chociaż żaden prawdziwy gaz nie spełnia tych warunków, wiele z nich zbliża się na tyle blisko, aby można było zastosować tę zależność. Musisz jednak wziąć pod uwagę rzeczywiste czynniki, gdy ciśnienie lub masa gazu stają się bardzo wysokie lub gdy objętość i temperatura stają się bardzo niskie. W przypadku większości zastosowań w temperaturze pokojowej równanie stanu gazu doskonałego zapewnia wystarczająco dobre przybliżenie zachowania większości gazów.
Jak ciśnienie zmienia się wraz z temperaturą
Dopóki objętość i masa gazu są stałe, zależność między ciśnieniem a temperaturą staje się:
P=KT
gdzie K jest stałą wyprowadzoną z objętości, liczby moli gazu i idealnej stałej gazu. Jeśli włożysz gaz, który spełnia idealne warunki gazowe do pojemnika o sztywnych ściankach, aby objętość nie mogła się zmienić, uszczelnij pojemnik i zmierz ciśnienie na ściankach pojemnika, zobaczysz, że maleje wraz z opuszczaniem temperatura. Ponieważ ta zależność jest liniowa, potrzebujesz tylko dwóch odczytów temperatury i ciśnienia, aby narysować linię, z której możesz ekstrapolować ciśnienie gazu w dowolnej temperaturze.
Ta liniowa zależność załamuje się w bardzo niskich temperaturach, gdy niedoskonała elastyczność gazu cząsteczki stają się wystarczająco ważne, aby wpłynąć na wyniki, ale ciśnienie będzie nadal spadać wraz z obniżaniem temperatura. Zależność będzie również nieliniowa, jeśli cząsteczki gazu będą wystarczająco duże, aby wykluczyć zaklasyfikowanie gazu jako idealnego.