V obdobju stoletij in skozi več eksperimentov so fiziki in kemiki lahko povezovali ključne elemente značilnosti plina, vključno s prostornino, ki jo zaseda (V), in pritiskom, ki ga izvaja na njegovo ohišje (P), da temperatura (T). Zakon o idealnem plinu je destilacija njihovih eksperimentalnih ugotovitev. Navaja, da je PV = nRT, kjer je n število molov plina, R pa konstanta, ki se imenuje univerzalna plinska konstanta. To razmerje kaže, da kadar je tlak konstanten, se volumen povečuje s temperaturo, ko pa je stalen, tlak narašča s temperaturo. Če nobena ni fiksna, se oba povečujeta z naraščajočo temperaturo.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Ko segrejete plin, se tako poveča njegov parni tlak kot tudi prostornina, ki jo zaseda. Posamezni delci plina postanejo bolj energični in temperatura plina narašča. Pri visokih temperaturah se plin spremeni v plazmo.
Tlačni štedilniki in baloni
Tlačni štedilnik je primer, kaj se zgodi, ko segrejete plin (vodno paro), omejen na določeno prostornino. Ko temperatura narašča, se odčitki na manometru povečujejo, dokler vodna para ne začne uhajati skozi varnostni ventil. Če varnostnega ventila ne bi bilo, bi se tlak še povečeval in poškodoval ali počil lonec pod pritiskom.
Ko zvišate temperaturo plina v balonu, se tlak poveča, vendar to služi le za raztezanje balona in povečanje prostornine. Ko temperatura še naprej narašča, balon doseže svojo mejo elastičnosti in se ne more več širiti. Če temperatura nenehno narašča, naraščajoči tlak poči balon.
Toplota je energija
Plin je skupek molekul in atomov z dovolj energije, da uide silam, ki jih povezujejo v tekočem ali trdnem stanju. Ko zaprete plin v posodo, delci trčijo med seboj in s stenami posode. Skupna sila trkov pritiska na stene posode. Ko segrejete plin, dodate energijo, ki poveča kinetično energijo delcev in pritisk, ki ga izvajajo na posodo. če zabojnika ne bi bilo, bi jih dodatna energija spodbudila, da letijo po večjih poteh, kar dejansko poveča prostornino, ki jo zasedejo.
Dodatek toplotne energije ima tudi mikroskopski učinek na delce, ki sestavljajo plin, pa tudi na makroskopsko obnašanje plina kot celote. Ne samo, da se poveča kinetična energija vsakega delca, temveč tudi njene notranje vibracije in hitrosti vrtenja njegovih elektronov. Oba učinka v kombinaciji s povečanjem kinetične energije povzročata, da je plin bolj vroč.
Od plina do plazme
Plin postaja vedno bolj energičen in vroč, ko temperatura narašča, dokler na določeni točki ne postane plazma. To se zgodi pri temperaturah, ki se pojavijo na sončni površini, približno 6000 stopinj Kelvina (10.340 stopinj Celzija). Visoka toplotna energija odstrani elektrone od atomov v plinu, pri čemer ostane mešanica nevtralnih atomov, prostih elektronov in ioniziranih delcev, ki ustvarja in se odziva na elektromagnetne sile. Zaradi električnih nabojev lahko delci tečejo skupaj, kot da bi bili tekočina, prav tako pa se navadno strgajo. Zaradi tega posebnega vedenja mnogi znanstveniki menijo, da je plazma četrto stanje snovi.