V nasprotju z molekulami v tekočini ali trdni snovi se lahko molekule v plinu prosto gibljejo v prostoru, v katerem ste zaprti. Letijo naokoli, občasno trčijo med seboj in s stenami posode. Skupni pritisk, ki ga izvajajo na stene posode, je odvisen od količine energije, ki jo imajo. Energijo pridobivajo iz toplote v svoji okolici, tako da, če se temperatura dvigne, narašča tudi tlak. Dejansko sta ti dve količini povezani z zakonom o idealnem plinu.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
V trdi posodi se tlak, ki ga izvaja plin, spreminja neposredno glede na temperaturo. Če posoda ni toga, se prostornina in tlak spreminjata glede na temperaturo v skladu z zakonom o idealnem plinu.
Zakon o idealnem plinu
Zakon o idealnem plinu, ki izhaja iz eksperimentalnega dela številnih posameznikov, izhaja iz Boyleovega zakona ter Charlesa in Gay-Lussacovega zakona. Prvi pravi, da je pri dani temperaturi (T) tlak (P) plina, pomnožen s prostornino (V), ki ga zaseda, konstanta. Slednje nam pove, da je prostornina plina (n) konstantna, da je prostornina sorazmerna s temperaturo. V svoji končni obliki zakon o idealnem plinu določa:
PV = nRT
kjer je R konstanta, imenovana idealna plinska konstanta.
Če maso plina in prostornino posode ohranjate konstantni, vam to razmerje pove, da se tlak spreminja neposredno glede na temperaturo. Če bi graficirali različne vrednosti temperature in tlaka, bi bil graf ravna črta s pozitivnim naklonom.
Kaj pa, če plin ni idealen
Idealen plin je tisti, pri katerem se predpostavlja, da so delci popolnoma elastični in se ne privlačijo ali odbijajo. Poleg tega se domneva, da sami delci plina nimajo prostornine. Čeprav noben pravi plin ne izpolnjuje teh pogojev, se mnogi približajo dovolj, da bi lahko uporabili to razmerje. Vendar morate upoštevati dejanske dejavnike, ko tlak ali masa plina postaneta zelo visoki ali pa sta prostornina in temperatura zelo nizki. Za večino aplikacij pri sobni temperaturi zakon o idealnih plinih zagotavlja dovolj dober približek vedenja večine plinov.
Kako se tlak spreminja s temperaturo
Dokler sta prostornina in masa plina konstantni, razmerje med tlakom in temperaturo postane:
P = KT
kjer je K konstanta, ki izhaja iz prostornine, števila molov plina in idealne plinske konstante. Če v posodo s togimi stenami vstavite plin, ki izpolnjuje idealne pogoje za plin, tako da se prostornina ne more spremeniti, zatesnite posodo in izmerite tlak na stenah posode, videli boste, da se bo zmanjšal, ko boste spuščali temperatura. Ker je to razmerje linearno, potrebujete le dva odčitka temperature in tlaka, da potegnete črto, iz katere lahko ekstrapolirate tlak plina pri kateri koli dani temperaturi.
To linearno razmerje se poruši pri zelo nizkih temperaturah, ko pride do nepopolne elastičnosti plina molekul postane dovolj pomemben, da vpliva na rezultate, toda tlak se bo še vedno zmanjšal, ko boste znižali temperatura. Razmerje bo tudi nelinearno, če so molekule plina dovolj velike, da onemogočajo uvrstitev plina med idealne.
