В течение столетий и с помощью многочисленных экспериментов физики и химики смогли связать ключевые характеристики газа, включая объем, который он занимает (V), и давление, которое он оказывает на свою оболочку (P), чтобы температура (Т). Закон идеального газа - это квинтэссенция их экспериментальных результатов. В нем указано, что PV = nRT, где n - количество молей газа, а R - постоянная, называемая универсальной газовой постоянной. Это соотношение показывает, что, когда давление постоянно, объем увеличивается с температурой, а когда объем постоянен, давление увеличивается с температурой. Если ни один из них не зафиксирован, они оба увеличиваются с увеличением температуры.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
При нагревании газа увеличивается как давление пара, так и объем, который он занимает. Отдельные частицы газа становятся более энергичными, и температура газа повышается. При высоких температурах газ превращается в плазму.
Скороварки и воздушные шары
Скороварка - это пример того, что происходит, когда вы нагреваете газ (водяной пар), ограниченный фиксированным объемом. По мере повышения температуры показания манометра повышаются до тех пор, пока водяной пар не начнет выходить через предохранительный клапан. Если бы предохранительного клапана не было, давление продолжало бы расти, что могло бы повредить или взорвать скороварку.
Когда вы увеличиваете температуру газа в баллоне, давление увеличивается, но это служит только для растяжения баллона и увеличения объема. Поскольку температура продолжает расти, воздушный шар достигает предела упругости и больше не может расширяться. Если температура продолжает расти, увеличивающееся давление лопнет воздушный шар.
Тепло - это энергия
Газ - это совокупность молекул и атомов, обладающих достаточной энергией, чтобы избежать сил, связывающих их вместе в жидком или твердом состоянии. Когда вы помещаете газ в контейнер, частицы сталкиваются друг с другом и со стенками контейнера. Коллективная сила столкновений оказывает давление на стенки контейнера. Когда вы нагреваете газ, вы добавляете энергию, которая увеличивает кинетическую энергию частиц и давление, которое они оказывают на контейнер. если бы контейнера не было, дополнительная энергия побудила бы их летать по более крупным траекториям, эффективно увеличивая занимаемый ими объем.
Добавление тепловой энергии также оказывает микроскопическое влияние на частицы, составляющие газ, а также на макроскопическое поведение газа в целом. Увеличивается не только кинетическая энергия каждой частицы, но и ее внутренние колебания и скорость вращения электронов. Оба эффекта в сочетании с увеличением кинетической энергии делают газ более горячим.
От газа к плазме
По мере повышения температуры газ становится все более энергичным и горячим, пока в определенный момент не превратится в плазму. Это происходит при температурах на поверхности Солнца, около 6000 градусов Кельвина (10340 градусов по Фаренгейту). Высокая тепловая энергия отделяет электроны от атомов в газе, оставляя смесь нейтральных атомов, свободных электронов и ионизированных частиц, которая генерирует электромагнитные силы и реагирует на них. Из-за электрических зарядов частицы могут течь вместе, как если бы они были жидкостью, и они также имеют тенденцию слипаться. Из-за такого своеобразного поведения многие ученые считают плазму четвертым состоянием материи.