Inhoud
Gedurende een periode van eeuwen en door meerdere experimenten hebben fysici en scheikundigen de belangrijkste kenmerken van een gas, inclusief het volume dat het inneemt (V) en de druk die het op zijn behuizing uitoefent (P), in verband gebracht met temperatuur (T). De ideale gaswet is een destillatie van hun experimentele bevindingen. Er staat dat PV = nRT, waarbij n het aantal mol van het gas is en R een constante is die de universele gasconstante wordt genoemd. Deze relatie laat zien dat, wanneer de druk constant is, het volume toeneemt met de temperatuur, en wanneer het volume constant is, de druk toeneemt met de temperatuur. Als geen van beide vast is, nemen ze allebei toe met toenemende temperatuur.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Wanneer u een gas verwarmt, neemt zowel de dampspanning als het volume dat het inneemt toe. De individuele gasdeeltjes worden energieker en de temperatuur van het gas stijgt. Bij hoge temperaturen verandert het gas in een plasma.
Snelkookpannen en ballonnen
Een snelkookpan is een voorbeeld van wat er gebeurt wanneer u een gas (waterdamp) verwarmt dat beperkt is tot een vast volume. Naarmate de temperatuur stijgt, gaat de waarde op de manometer omhoog totdat de waterdamp door de veiligheidsklep begint te ontsnappen. Als de veiligheidsklep er niet was, zou de druk blijven stijgen en zou de snelkookpan beschadigd raken of barsten.
Wanneer u de temperatuur van een gas in een ballon verhoogt, neemt de druk toe, maar dit dient alleen om de ballon te strekken en het volume te verhogen. Terwijl de temperatuur blijft stijgen, bereikt de ballon zijn elastische limiet en kan deze niet meer uitzetten. Als de temperatuur blijft stijgen, barst de toenemende druk de ballon.
Warmte is energie
Een gas is een verzameling moleculen en atomen met voldoende energie om te ontsnappen aan de krachten die ze aan elkaar binden in de vloeibare of vaste toestand. Wanneer u een gas in een container omsluit, botsen de deeltjes op elkaar en op de wanden van de container. De collectieve kracht van de botsingen oefent druk uit op de containerwanden. Wanneer u het gas verwarmt, voegt u energie toe, waardoor de kinetische energie van de deeltjes en de druk die ze op de container uitoefenen toeneemt. als de container daar niet zou zijn, zou de extra energie hen ertoe aanzetten grotere trajecten te vliegen, waardoor het volume dat ze innemen effectief wordt vergroot.
De toevoeging van warmte-energie heeft ook een microscopisch effect op de deeltjes die een gas vormen en op het macroscopische gedrag van het gas als geheel.Niet alleen neemt de kinetische energie van elk deeltje toe, maar ook zijn interne trillingen en de rotatiesnelheden van zijn elektronen. Beide effecten, gecombineerd met de toename van kinetische energie, zorgen ervoor dat het gas heter aanvoelt.
Van gas tot plasma
Een gas wordt steeds energieker en heter naarmate de temperatuur stijgt totdat het op een bepaald punt een plasma wordt. Dit gebeurt bij temperaturen die zich voordoen op het oppervlak van de zon, ongeveer 6.000 graden Kelvin (10.340 graden Fahrenheit). De hoge warmte-energie ontdoet de elektronen van de atomen in het gas, waardoor een mengsel van neutrale atomen, vrije elektronen en geïoniseerde deeltjes achterblijft die elektromagnetische krachten opwekt en erop reageert. Vanwege de elektrische ladingen kunnen de deeltjes samen stromen alsof ze een vloeistof zijn, en ze hebben ook de neiging om samen te klonteren. Vanwege dit merkwaardige gedrag beschouwen veel wetenschappers een plasma als een vierde toestand van materie.