В отличие от молекул в жидкости или твердом теле, молекулы в газе могут свободно перемещаться в пространстве, в котором вы их ограничиваете. Они летают, иногда сталкиваясь друг с другом и со стенками контейнера. Коллективное давление, которое они оказывают на стенки контейнера, зависит от количества энергии, которое они имеют. Они получают энергию от тепла в окружающей среде, поэтому, если температура повышается, повышается и давление. Фактически, эти две величины связаны законом идеального газа.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
В жестком контейнере давление газа напрямую зависит от температуры. Если контейнер не жесткий, объем и давление изменяются в зависимости от температуры в соответствии с законом идеального газа.
Закон идеального газа
Выведенный в течение многих лет экспериментальной работой ряда людей, закон идеального газа следует из закона Бойля и закона Шарля и Гей-Люссака. Первый гласит, что при заданной температуре (T) давление (P) газа, умноженное на объем (V), который он занимает, является постоянной величиной. Последнее говорит нам, что когда масса газа (n) остается постоянной, объем прямо пропорционален температуре. В окончательном виде закон идеального газа гласит:
PV = nRT
где R - постоянная, называемая постоянной идеального газа.
Если вы сохраните массу газа и объем емкости постоянными, это соотношение говорит вам, что давление напрямую зависит от температуры. Если бы вы изобразили различные значения температуры и давления, график был бы прямой линией с положительным наклоном.
Что делать, если газ не идеален
Идеальный газ - это газ, в котором частицы считаются совершенно упругими и не притягиваются и не отталкиваются друг от друга. Более того, предполагается, что сами частицы газа не имеют объема. Хотя ни один реальный газ не удовлетворяет этим условиям, многие подходят достаточно близко, чтобы можно было применить это соотношение. Однако вы должны учитывать реальные факторы, когда давление или масса газа становятся очень высокими или объем и температура становятся очень низкими. Для большинства применений при комнатной температуре закон идеального газа обеспечивает достаточно хорошее приближение к поведению большинства газов.
Как давление зависит от температуры
Пока объем и масса газа постоянны, соотношение между давлением и температурой становится следующим:
P = KT
где K - постоянная, полученная из объема, количества молей газа и постоянной идеального газа. Если вы поместите газ, который соответствует идеальным газовым условиям, в контейнер с жесткими стенками, так что объем не может измениться, закройте контейнер и измерьте давление на стенки контейнера, вы увидите, что оно уменьшается по мере того, как вы опускаете температура. Поскольку это соотношение является линейным, вам просто нужны два показания температуры и давления, чтобы провести линию, по которой вы можете экстраполировать давление газа при любой заданной температуре.
Эта линейная зависимость нарушается при очень низких температурах, когда неидеальная эластичность газа молекул становится достаточно важным, чтобы повлиять на результаты, но давление все равно будет уменьшаться по мере того, как вы понижаете температура. Отношение также будет нелинейным, если молекулы газа достаточно велики, чтобы исключить возможность классификации газа как идеального.