Vsebina
V obdobju stoletij in z več poskusi so bili fiziki in kemiki sposobni povezati ključne značilnosti plina, vključno s prostornino, ki jo zavzame (V), in tlakom, ki ga izvaja v zaprtem prostoru (P), s temperaturo (T). Zakon o idealnem plinu je destilacija njihovih eksperimentalnih ugotovitev. Navaja, da je PV = nRT, kjer je n število molov plina in R konstanta, imenovana univerzalna plinska konstanta. To razmerje kaže, da se ob stalnem pritisku volumen povečuje s temperaturo in kadar je volumen stalen, se s pritiskom poveča tudi tlak. Če nobeden ni fiksiran, se oba povečujeta z naraščanjem temperature.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Ko segrejete plin, se povečata njegov parni tlak in prostornina, ki jo zasede. Posamezni delci plina postanejo bolj energični in temperatura plina narašča. Pri visokih temperaturah se plin spremeni v plazmo.
Kuhalniki pod tlakom in baloni
Kuhalnik s pritiskom je primer, kaj se zgodi, ko segrejete plin (vodno paro) v omejenem obsegu. Ko temperatura narašča, se odčitek merilnika tlaka poveča, dokler vodna para ne začne uhajati skozi varnostni ventil. Če varnostnega ventila ni bilo, bi tlak naraščal in bi poškodoval ali počil.
Ko zvišujete temperaturo plina v balonu, se tlak poveča, vendar to služi samo za raztezanje balona in povečanje prostornine. Ko temperatura še naprej narašča, balon doseže svojo mejo elastičnosti in se ne more več razširiti. Če temperatura narašča, naraščajoči tlak balon.
Toplota je energija
Plin je skupek molekul in atomov z dovolj energije, da uidejo silam, ki jih vežejo v tekočem ali trdnem stanju. Ko plin zaprete v posodo, se delci trčijo med seboj in s stenami posode. Skupna sila trčenja izvaja pritisk na stene posode. Ko segrejete plin, dodate energijo, ki poveča kinetično energijo delcev in tlak, ki ga izvajajo na posodi. če kontejnerja tam ne bi bilo, bi dodatna energija povzročila, da letijo na večje poti, kar bi učinkovito povečalo prostornino, ki jo zasedajo.
Dodajanje toplotne energije ima tudi mikroskopski vpliv na delce, ki predstavljajo plin, kot tudi na makroskopsko obnašanje plina kot celote.Poveča se ne samo kinetična energija vsakega delca, ampak tudi njegove notranje vibracije in hitrosti vrtenja njegovih elektronov. Oba učinka, skupaj s povečanjem kinetične energije, plin počutijo bolj vroče.
Od plina do plazme
Plin postaja vse bolj energičen in bolj vroč, ko temperatura narašča, dokler v določenem trenutku ne postane plazma. To se dogaja pri temperaturah, ki se pojavljajo na sončni površini, približno 6000 stopinj Kelvina (10.340 stopinj Fahrenheita). Visoka toplotna energija odstranjuje elektrone iz atomov v plinu in tako pušča mešanico nevtralnih atomov, prostih elektronov in ioniziranih delcev, ki ustvarjajo in se odzivajo na magnetne sile. Zaradi električnih nabojev lahko delci tečejo skupaj, kot da bi bili tekočina, in se nagibajo tudi skupaj. Zaradi tega posebnega vedenja mnogi znanstveniki menijo, da je plazma četrto stanje materije.