Hvad sker der, når gas opvarmes?

Gennem flere århundreder og gennem flere eksperimenter har fysikere og kemikere været i stand til at forholde sig til de vigtigste egenskaber ved en gas, herunder det volumen, den indtager (V), og det tryk, det udøver på dets kabinet (P) til temperatur (T). Den ideelle gaslov er en destillation af deres eksperimentelle fund. Det hedder, at PV = nRT, hvor n er antallet af mol af gassen, og R er en konstant kaldet universel gaskonstant. Dette forhold viser, at når trykket er konstant, øges volumenet med temperaturen, og når volumenet er konstant, stiger trykket med temperaturen. Hvis hverken er fast, øges de begge med stigende temperatur.

TL; DR (for lang, ikke læst)

Når du opvarmer en gas, både dens damptryk og lydstyrken indtager stigning. De enkelte gaspartikler bliver mere energiske og gasens temperatur stiger. Ved høje temperaturer bliver gassen til et plasma.

Trykkoger og balloner

En trykkomfur er et eksempel på, hvad der sker, når du opvarmer en gas (vanddamp) begrænset til et fast volumen . Efterhånden som temperaturen stiger, går læsningen på trykmåleren op, indtil vanddampen begynder at løsne gennem sikkerhedsventilen. Hvis sikkerhedsventilen ikke var der, ville trykket fortsætte med at øge og ville beskadige eller ødelægge trykbeholderen.

Når du øger temperaturen af ​​en gas i en ballon, øges trykket, men det tjener kun til stræk ballonen og øg lydstyrken. Da temperaturen fortsætter med at stige, når ballonen sin elastiske grænse og kan ikke længere udvides. Hvis temperaturen fortsætter, er det stigende tryk sprængt i ballonen.

Varme er energi

En gas er en samling af molekyler og atomer med tilstrækkelig energi til at undslippe de kræfter, der binder dem sammen i de flydende eller faste tilstande. Når du omslutter en gas i en beholder, kolliderer partiklerne hinanden og med beholderens vægge. Kollisionernes kollektive kraft udøver tryk på beholdervæggene. Når du opvarmer gassen, tilføjer du energi, som øger partikelens kinetiske energi og det tryk, de udøver på beholderen. hvis beholderen ikke var der, ville den ekstra energi få dem til at flyve større baner, hvilket effektivt øger det volumen, de optager.

Tilsætningen af ​​varmeenergi har også en mikroskopisk effekt på de partikler, der udgør en gas som såvel som på den makroskopiske opførsel af gassen som helhed. Ikke alene øges den kinetiske energi af hver partikel, men dens indre vibrationer og rotationshastigheden af ​​dets elektroner gør det også. Begge effekter kombineret med stigningen i den kinetiske energi gør gasfornemmelsen varmere.

Fra gas til plasma

En gas bliver mere ogergetisk og varmere, når temperaturen stiger til, til et bestemt punkt , bliver det et plasma. Dette sker ved temperaturer der forekommer på solens overflade, ca. 6.000 grader Kelvin (10.340 grader Fahrenheit). Den høje varmeenergi strimler elektronerne fra atomerne i gassen, hvilket efterlader en blanding af neutrale atomer, frie elektroner og ioniserede partikler, der genererer og reagerer på elektromagnetiske kræfter. På grund af de elektriske ladninger kan partiklerne strømme sammen som om de var væske, og de har også tendens til at klumpe sammen. På grund af denne ejendommelige adfærd anser mange videnskabsmænd et plasma for at være en fjerde tilstand af materie.