จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อแก๊สถูกทำให้ร้อน?

ตลอดระยะเวลาหลายศตวรรษและผ่านการทดลองหลายครั้ง นักฟิสิกส์และนักเคมีสามารถเชื่อมโยงคีย์ ลักษณะของก๊าซ รวมทั้งปริมาตรที่มันครอบครอง (V) และความดันที่กระทำต่อเปลือกหุ้ม (P) ถึง อุณหภูมิ (T). กฎของแก๊สในอุดมคติคือการกลั่นผลการทดลอง มันระบุว่า PV = nRT โดยที่ n คือจำนวนโมลของก๊าซและ R เป็นค่าคงที่ที่เรียกว่าค่าคงที่แก๊สสากล ความสัมพันธ์นี้แสดงให้เห็นว่า เมื่อความดันคงที่ ปริมาตรจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ และเมื่อปริมาตรคงที่ ความดันจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิ หากไม่ได้รับการแก้ไขทั้งคู่จะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

เมื่อคุณให้ความร้อนกับแก๊ส ทั้งความดันไอและปริมาตรของแก๊สจะเพิ่มขึ้น อนุภาคก๊าซแต่ละตัวมีพลังมากขึ้นและอุณหภูมิของก๊าซก็เพิ่มขึ้น ที่อุณหภูมิสูง ก๊าซจะกลายเป็นพลาสมา

หม้ออัดแรงดันเป็นตัวอย่างของสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณให้ความร้อนกับแก๊ส (ไอน้ำ) ที่จำกัดปริมาตรคงที่ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ค่าที่อ่านได้จากเกจวัดแรงดันจะเพิ่มขึ้นจนกว่าไอน้ำจะเริ่มไหลผ่านวาล์วนิรภัย หากไม่มีวาล์วนิรภัย แรงดันจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ และอาจทำให้หม้ออัดแรงดันเสียหายหรือแตกได้

เมื่อคุณเพิ่มอุณหภูมิของแก๊สในบอลลูน ความดันจะเพิ่มขึ้น แต่สิ่งนี้จะทำหน้าที่ยืดบอลลูนและเพิ่มปริมาตรเท่านั้น ขณะที่อุณหภูมิยังคงสูงขึ้น บอลลูนถึงขีดจำกัดความยืดหยุ่นและไม่สามารถขยายตัวได้อีกต่อไป ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อยๆ ความดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ลูกโป่งแตก

ก๊าซคือกลุ่มของโมเลกุลและอะตอมที่มีพลังงานมากพอที่จะหนีจากแรงที่เกาะติดกันในสถานะของเหลวหรือของแข็ง เมื่อคุณใส่ก๊าซลงในภาชนะ อนุภาคจะชนกันและกับผนังของภาชนะ แรงร่วมของการชนทำให้เกิดแรงกดดันต่อผนังตู้คอนเทนเนอร์ เมื่อคุณให้ความร้อนกับแก๊ส คุณจะเพิ่มพลังงาน ซึ่งจะเป็นการเพิ่มพลังงานจลน์ของอนุภาคและแรงดันที่ปล่อยออกมาบนภาชนะ หากไม่มีตู้คอนเทนเนอร์อยู่ พลังงานที่เพิ่มขึ้นจะทำให้พวกมันบินในวิถีที่ใหญ่ขึ้น และเพิ่มปริมาณการใช้อย่างมีประสิทธิภาพ

การเพิ่มพลังงานความร้อนยังส่งผลในระดับจุลภาคต่ออนุภาคที่ประกอบเป็นก๊าซ เช่นเดียวกับพฤติกรรมมหภาคของก๊าซโดยรวม พลังงานจลน์ของอนุภาคแต่ละตัวไม่เพียงเพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่การสั่นสะเทือนภายในและความเร็วของการหมุนของอิเล็กตรอนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ผลกระทบทั้งสองเมื่อรวมกับพลังงานจลน์ที่เพิ่มขึ้น ทำให้แก๊สรู้สึกร้อนขึ้น

ก๊าซมีพลังงานมากขึ้นและร้อนขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจนถึงจุดหนึ่ง ก๊าซจะกลายเป็นพลาสม่า สิ่งนี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของดวงอาทิตย์ ประมาณ 6,000 องศาเคลวิน (10,340 องศาฟาเรนไฮต์) พลังงานความร้อนสูงดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมในแก๊ส ปล่อยให้เป็นส่วนผสมของอะตอมที่เป็นกลาง อิเล็กตรอนอิสระ และอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออนที่สร้างและตอบสนองต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากประจุไฟฟ้า อนุภาคจึงสามารถไหลมารวมกันราวกับว่ามันเป็นของไหล และพวกมันก็มีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันเป็นก้อน เนื่องจากพฤติกรรมที่แปลกประหลาดนี้ นักวิทยาศาสตร์หลายคนจึงถือว่าพลาสมาเป็นสถานะที่สี่ของสสาร