NộI Dung
Trong một thời gian hàng thế kỷ và qua nhiều thí nghiệm, các nhà vật lý và hóa học đã có thể liên hệ các đặc điểm chính của chất khí, bao gồm thể tích mà nó chiếm (V) và áp suất mà nó tác động lên vỏ bọc (P), với nhiệt độ (T). Định luật khí lý tưởng là sự chắt lọc những phát hiện thực nghiệm của họ. Nó nói rằng PV = nRT, trong đó n là số mol của khí và R là hằng số gọi là hằng số khí phổ. Mối quan hệ này cho thấy, khi áp suất không đổi, thể tích tăng theo nhiệt độ và khi thể tích không đổi, áp suất tăng theo nhiệt độ. Nếu không cố định, cả hai đều tăng khi nhiệt độ tăng.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
Khi bạn đốt nóng một loại khí, cả áp suất hơi và thể tích của nó đều tăng. Các hạt khí riêng lẻ trở nên mạnh mẽ hơn và nhiệt độ của khí tăng lên. Ở nhiệt độ cao, khí biến thành plasma.
Nồi áp suất và bóng bay
Một nồi áp suất là một ví dụ về những gì xảy ra khi bạn đun nóng một loại khí (hơi nước) bị giới hạn ở một thể tích cố định. Khi nhiệt độ tăng, việc đọc trên đồng hồ đo áp suất sẽ tăng lên cho đến khi hơi nước bắt đầu thoát qua van an toàn. Nếu không có van an toàn, áp suất sẽ tiếp tục tăng và sẽ làm hỏng hoặc vỡ nồi áp suất.
Khi bạn tăng nhiệt độ của khí trong một quả bóng, áp suất sẽ tăng, nhưng điều này chỉ có tác dụng làm căng quả bóng và tăng thể tích. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, khinh khí cầu đạt đến giới hạn đàn hồi và không thể mở rộng nữa. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, áp suất tăng sẽ làm vỡ quả bóng.
Nhiệt là năng lượng
Khí là tập hợp các phân tử và nguyên tử có đủ năng lượng để thoát khỏi các lực liên kết chúng lại với nhau ở trạng thái lỏng hoặc rắn. Khi bạn đặt khí trong bình chứa, các hạt va chạm với nhau và với thành bình chứa. Các lực tập thể của các vụ va chạm gây áp lực lên các bức tường container. Khi bạn đốt nóng khí, bạn thêm năng lượng, làm tăng động năng của các hạt và áp lực mà chúng tác dụng lên bình chứa. nếu container không có ở đó, năng lượng tăng thêm sẽ khiến chúng bay theo quỹ đạo lớn hơn, làm tăng hiệu quả khối lượng mà chúng chiếm giữ.
Việc bổ sung năng lượng nhiệt cũng có tác động vi mô lên các hạt cấu thành nên chất khí cũng như hành vi vĩ mô của khí nói chung.Không chỉ động năng của mỗi hạt tăng lên, mà các dao động bên trong của nó và tốc độ quay của các electron cũng vậy. Cả hai hiệu ứng, kết hợp với sự gia tăng động năng, làm cho khí nóng hơn.
Từ khí đến plasma
Một chất khí ngày càng trở nên mạnh mẽ và nóng hơn khi nhiệt độ tăng cho đến khi, tại một thời điểm nhất định, nó trở thành plasma. Điều này xảy ra ở nhiệt độ xảy ra trên bề mặt của mặt trời, khoảng 6.000 độ Kelvin (10.340 độ F). Năng lượng nhiệt cao tước các electron từ các nguyên tử trong khí, để lại hỗn hợp các nguyên tử trung tính, electron tự do và các hạt ion hóa tạo ra và phản ứng với lực điện từ. Do các điện tích, các hạt có thể chảy cùng nhau như thể chúng là một chất lỏng, và chúng cũng có xu hướng kết tụ lại với nhau. Do hành vi kỳ dị này, nhiều nhà khoa học coi plasma là trạng thái thứ tư của vật chất.