Zawartość
W ciągu wieków i dzięki licznym eksperymentom fizycy i chemicy byli w stanie powiązać kluczowe cechy gazu, w tym objętość, jaką zajmuje (V) i ciśnienie wywierane na jego obudowę (P), z temperaturą (T). Idealne prawo gazu jest destylacją ich wyników eksperymentalnych. Stwierdza, że PV = nRT, gdzie n jest liczbą moli gazu, a R jest stałą zwaną uniwersalną stałą gazu. Zależność ta pokazuje, że gdy ciśnienie jest stałe, objętość rośnie wraz z temperaturą, a gdy objętość jest stała, ciśnienie rośnie wraz z temperaturą. Jeśli żadna z nich nie jest ustalona, oba rosną wraz ze wzrostem temperatury.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Podczas podgrzewania gazu wzrasta zarówno jego prężność par, jak i objętość, jaką zajmuje gaz. Poszczególne cząstki gazu stają się bardziej energetyczne, a temperatura gazu wzrasta. W wysokich temperaturach gaz zamienia się w plazmę.
Szybkowary i balony
Szybkowar jest przykładem tego, co dzieje się, gdy podgrzewasz gaz (parę wodną) ograniczony do stałej objętości. Wraz ze wzrostem temperatury odczyt na manometrze rośnie wraz z nim, aż para wodna zacznie wydostawać się przez zawór bezpieczeństwa. Gdyby nie był tam zawór bezpieczeństwa, ciśnienie wzrastałoby i powodowałoby uszkodzenie lub pęknięcie szybkowaru.
Kiedy zwiększasz temperaturę gazu w balonie, ciśnienie wzrasta, ale służy to jedynie do rozciągnięcia balonu i zwiększenia objętości. W miarę wzrostu temperatury balon osiąga granicę elastyczności i nie może już się rozszerzać. Jeśli temperatura nadal rośnie, wzrost ciśnienia rozrywa balon.
Ciepło to energia
Gaz to zbiór cząsteczek i atomów o wystarczającej energii, aby uciec przed siłami, które łączą je ze sobą w stanie ciekłym lub stałym. Po zamknięciu gazu w zbiorniku cząstki zderzają się ze sobą i ze ściankami pojemnika. Zbiorowa siła zderzeń wywiera nacisk na ściany pojemnika. Ogrzewając gaz, dodajesz energię, która zwiększa energię kinetyczną cząstek i ciśnienie wywierane na pojemnik. gdyby kontener tam nie był, dodatkowa energia skłoniłaby ich do latania większymi trajektoriami, skutecznie zwiększając zajmowaną przez nich objętość.
Dodatek energii cieplnej ma również wpływ mikroskopowy na cząstki tworzące gaz, a także na zachowanie makroskopowe gazu jako całości.Wzrasta nie tylko energia kinetyczna każdej cząstki, ale także jej wewnętrzne wibracje i prędkości obrotowe elektronów. Oba efekty, w połączeniu ze wzrostem energii kinetycznej, sprawiają, że gaz jest cieplejszy.
Od gazu do plazmy
Gaz staje się coraz bardziej energetyczny i cieplejszy wraz ze wzrostem temperatury, aż w pewnym momencie staje się plazmą. Dzieje się tak w temperaturach występujących na powierzchni Słońca, około 6000 stopni Kelvina (10340 stopni Fahrenheita). Wysoka energia cieplna usuwa elektrony z atomów w gazie, pozostawiając mieszaninę obojętnych atomów, wolnych elektronów i zjonizowanych cząstek, które generują i reagują na siły elektromagnetyczne. Z powodu ładunków elektrycznych cząsteczki mogą płynąć razem, jakby były płynem, a także mają tendencję do zlepiania się. Z powodu tego szczególnego zachowania wielu naukowców uważa plazmę za czwarty stan materii.