Au cours de plusieurs siècles et grâce à de multiples expériences, les physiciens et les chimistes ont pu mettre en relation les principales caractéristiques d'un gaz, y compris le volume qu'il occupe (V) et la pression qu'il exerce sur son enceinte (P), à la température (T). La loi du gaz idéal est une distillation de leurs résultats expérimentaux. Il indique que PV \u003d nRT, où n est le nombre de moles de gaz et R est une constante appelée constante de gaz universelle. Cette relation montre que, lorsque la pression est constante, le volume augmente avec la température et lorsque le volume est constant, la pression augmente avec la température. Si aucun des deux n'est fixé, ils augmentent tous les deux avec l'augmentation de la température.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Lorsque vous chauffez un gaz, à la fois sa pression de vapeur et son volume occupe augmenter. Les particules de gaz individuelles deviennent plus énergétiques et la température du gaz augmente. À des températures élevées, le gaz se transforme en plasma.
Autocuiseurs et ballons
Un autocuiseur est un exemple de ce qui se passe lorsque vous chauffez un gaz (vapeur d'eau) confiné à un volume fixe. À mesure que la température augmente, la lecture sur le manomètre monte avec elle jusqu'à ce que la vapeur d'eau commence à s'échapper à travers la soupape de sécurité. Si la soupape de sécurité n'était pas là, la pression continuerait d'augmenter et endommagerait ou ferait éclater l'autocuiseur.
Lorsque vous augmentez la température d'un gaz dans un ballon, la pression augmente, mais cela ne sert qu'à étirez le ballon et augmentez le volume. Alors que la température continue d'augmenter, le ballon atteint sa limite élastique et ne peut plus se dilater. Si la température continue d'augmenter, la pression croissante fait exploser le ballon.
La chaleur, c'est de l'énergie
Un gaz est un ensemble de molécules et d'atomes avec suffisamment d'énergie pour échapper aux forces qui les unissent dans le liquide ou états solides. Lorsque vous enfermez un gaz dans un récipient, les particules entrent en collision les unes avec les autres et avec les parois du récipient. La force collective des collisions exerce une pression sur les parois du conteneur. Lorsque vous chauffez le gaz, vous ajoutez de l'énergie, ce qui augmente l'énergie cinétique des particules et la pression qu'elles exercent sur le récipient. si le conteneur n'était pas là, l'énergie supplémentaire les inciterait à voler sur de plus grandes trajectoires, augmentant efficacement le volume qu'ils occupent.
L'addition d'énergie thermique a également un effet microscopique sur les particules qui constituent un gaz comme ainsi que sur le comportement macroscopique du gaz dans son ensemble. Non seulement l'énergie cinétique de chaque particule augmente, mais aussi ses vibrations internes et les vitesses de rotation de ses électrons. Les deux effets, combinés à l'augmentation de l'énergie cinétique, rendent le gaz plus chaud.
Du gaz au plasma
Un gaz devient de plus en plus énergique et plus chaud à mesure que la température augmente jusqu'à ce qu'à un certain point, il devienne un plasma. Cela se produit à des températures qui se produisent à la surface du soleil, à environ 6 000 degrés Kelvin (10 340 degrés Fahrenheit). L'énergie thermique élevée dépouille les électrons des atomes dans le gaz, laissant un mélange d'atomes neutres, d'électrons libres et de particules ionisées qui génère et répond aux forces électromagnétiques. En raison des charges électriques, les particules peuvent s'écouler ensemble comme si elles étaient un fluide et elles ont également tendance à s'agglutiner. En raison de ce comportement particulier, de nombreux scientifiques considèrent qu'un plasma est un quatrième état de la matière.
