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Des physiciens et des chimistes ont pu, au fil de siècles et au fil de nombreuses expériences, relier les caractéristiques clés d’un gaz, notamment le volume qu’il occupe (V) et la pression qu’il exerce sur son enceinte (P), à la température (T). La loi des gaz parfaits est une synthèse de leurs résultats expérimentaux. Il indique que PV = 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 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, sa pression de vapeur et son volume augmentent tous les deux. Les particules de gaz individuelles deviennent plus énergétiques et la température du gaz augmente. À haute température, 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. Lorsque la température augmente, le relevé du manomètre augmente jusqu'à ce que la vapeur d'eau commence à s'échapper par la soupape de sécurité. Si la soupape de sécurité n’était pas là, la pression continuerait à augmenter et endommagerait ou éclaterait l’autocuiseur.
Lorsque vous augmentez la température d'un gaz dans un ballon, la pression augmente, mais cela ne sert qu'à étirer le ballon et augmenter le volume. Alors que la température continue d'augmenter, le ballon atteint sa limite d'élasticité et ne peut plus se dilater. Si la température continue d'augmenter, la pression croissante fait éclater le ballon.
La chaleur est de l'énergie
Un gaz est un ensemble de molécules et d’atomes suffisamment énergétiques pour échapper aux forces qui les unissent à l’état liquide ou solide. Lorsque vous enfermez un gaz dans un conteneur, les particules entrent en collision les unes avec les autres et avec les parois du conteneur. 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'y était pas, l'énergie supplémentaire les inciterait à suivre des trajectoires plus larges, augmentant ainsi le volume qu'elles occupent.
L'ajout d'énergie thermique a également un effet microscopique sur les particules constituant un gaz ainsi que sur le comportement macroscopique du gaz dans son ensemble.L'énergie cinétique de chaque particule augmente non seulement, 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 de plus en plus chaud à mesure que la température monte jusqu'à devenir, à un moment donné, un plasma. Cela se produit à des températures qui se produisent à la surface du soleil, environ 6 000 degrés Kelvin (10 340 degrés Fahrenheit). L'énergie thermique élevée élimine 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 comme s'il s'agissait d'un fluide et ont tendance à s'agglutiner. En raison de ce comportement particulier, de nombreux scientifiques considèrent le plasma comme un quatrième état de la matière.