תוֹכֶן
לאורך תקופות של מאות שנים ובאמצעות ניסויים מרובים, הצליחו פיזיקאים וכימאים לקשר בין מאפייני המפתח של גז, כולל הנפח שהוא תופס (V) והלחץ שהוא מפעיל על המתחם שלו (P), לטמפרטורה (T). חוק הגז האידיאלי הוא זיקוק של ממצאי הניסוי שלהם. הוא קובע כי PV = nRT, כאשר n הוא מספר השומות של הגז ו- R הוא קבוע הנקרא קבוע הגז האוניברסאלי. קשר זה מראה שכאשר הלחץ הוא קבוע נפח עולה עם הטמפרטורה, וכאשר הנפח קבוע, הלחץ עולה עם הטמפרטורה. אם אף אחד מהם אינו קבוע, שניהם מתגברים עם עליית הטמפרטורה.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
כשאתם מחממים גז, גם לחץ האדים שלו וגם הנפח שהוא תופס עולה. חלקיקי הגז הבודדים נעשים אנרגטיים יותר וטמפרטורת הגז עולה. בטמפרטורות גבוהות, הגז הופך לפלזמה.
תנורי לחץ ובלונים
סיר לחץ הוא דוגמא למה שקורה כשמחממים גז (אדי מים) מוגבל לנפח קבוע. עם עליית הטמפרטורה, הקריאה במד הלחץ עולה איתה עד שאדי המים מתחילים לברוח דרך שסתום הבטיחות. אם שסתום הבטיחות לא היה שם, הלחץ היה ממשיך להתגבר ויגרום נזק או לפוצץ את סיר הלחץ.
כשמעלים את הטמפרטורה של גז בכדור פורח, הלחץ עולה, אך הדבר משמש רק למתיחת הבלון ולהגברת הנפח. כאשר הטמפרטורה ממשיכה לעלות, הבלון מגיע לגבול האלסטי שלו ואינו יכול עוד להתרחב. אם הטמפרטורה ממשיכה לעלות, הלחץ הגובר פורץ את הבלון.
חום הוא אנרגיה
גז הוא אוסף של מולקולות ואטומים עם מספיק אנרגיה כדי להימלט מהכוחות שקושרים אותם זה לזה במצבים הנוזלים או המוצקים. כשאתה סוגר גז במיכל, החלקיקים מתנגשים זה בזה ועם דפנות המכולה. הכוח הקולקטיבי של ההתנגשויות מפעיל לחץ על קירות המכולה. כשאתם מחממים את הגז, מוסיפים אנרגיה, מה שמגדיל את האנרגיה הקינטית של החלקיקים ואת הלחץ שהם מפעילים על המיכל. אם המכולה לא הייתה שם, האנרגיה הנוספת תגרום להם להטיס מסלולי תנועה גדולים יותר, ובאופן יעיל תגדיל את הנפח שהם תופסים.
לתוספת אנרגיית החום יש השפעה מיקרוסקופית גם על החלקיקים המהווים גז כמו גם על התנהגות מקרוסקופית של הגז בכללותו.לא רק האנרגיה הקינטית של כל חלקיק עולה, אלא גם התנודות הפנימיות שלה ומהירות הסיבוב של האלקטרונים שלה. שתי ההשפעות, בשילוב עם עליית האנרגיה הקינטית, גורמות לגז להרגיש חם יותר.
מגז לפלזמה
גז הופך להיות אנרגטי יותר ויותר חם ככל שהטמפרטורה עולה עד שבנקודה מסוימת הוא הופך לפלזמה. זה מתרחש בטמפרטורות המתרחשות על פני השמש, בערך 6,000 מעלות קלווין (10,340 מעלות פרנהייט). אנרגיית החום הגבוהה מפשירה את האלקטרונים מהאטומים בגז ומשאירה תערובת של אטומים ניטרליים, אלקטרונים חופשיים וחלקיקים מיוננים המייצרת ומגיבה לכוחות אלקטרו-מגנטיים. בגלל המטענים החשמליים, החלקיקים יכולים לזרום זה לזה כאילו הם נוזל, והם גם נוטים להתגבש זה בזה. בגלל התנהגות משונה זו, מדענים רבים רואים בפלזמה מצב רביעי של חומר.