Durante un período de siglos y mediante múltiples experimentos, los físicos y químicos han podido relacionar las características clave de un gas, incluido el volumen que ocupa (V) y la presión que ejerce sobre su recinto (P), a la temperatura (T). La ley de los gases ideales es una destilación de sus hallazgos experimentales. Establece que PV = nRT, donde n es el número de moles del gas y R es una constante llamada constante de gas universal. Esta relación muestra que, cuando la presión es constante, el volumen aumenta con la temperatura, y cuando el volumen es constante, la presión aumenta con la temperatura. Si ninguno de los dos es fijo, ambos aumentan con el aumento de la temperatura.

TL; DR (Demasiado largo; No leído)

Cuando calienta un gas, tanto su presión de vapor como su volumen ocupa aumento. Las partículas de gas individuales se vuelven más enérgicas y la temperatura del gas aumenta. A altas temperaturas, el gas se convierte en plasma.

Ollas a presión y globos

Una olla a presión es un ejemplo de lo que sucede cuando se calienta un gas (vapor de agua) confinado en un volumen fijo . A medida que la temperatura aumenta, la lectura en el manómetro sube con ella hasta que el vapor de agua comienza a escapar a través de la válvula de seguridad. Si la válvula de seguridad no estuviera allí, la presión seguiría aumentando y dañaría o rompería la olla a presión.

Cuando aumenta la temperatura de un gas en un globo, la presión aumenta, pero esto solo sirve para estirar el globo y aumentar el volumen. A medida que la temperatura continúa aumentando, el globo alcanza su límite elástico y ya no puede expandirse. Si la temperatura sigue aumentando, la presión creciente hace estallar el globo.

El calor es energía

Un gas es una colección de moléculas y átomos con suficiente energía para escapar de las fuerzas que los unen en los estados líquido o sólido. Cuando encierras un gas en un contenedor, las partículas colisionan entre sí y con las paredes del contenedor. La fuerza colectiva de las colisiones ejerce presión sobre las paredes del contenedor. Cuando calienta el gas, agrega energía, lo que aumenta la energía cinética de las partículas y la presión que ejercen sobre el contenedor. si el contenedor no estuviera allí, la energía adicional los induciría a volar trayectorias más grandes, aumentando efectivamente el volumen que ocupan.

La adición de energía térmica también tiene un efecto microscópico en las partículas que constituyen un gas como así como sobre el comportamiento macroscópico del gas como un todo. No solo aumenta la energía cinética de cada partícula, sino también sus vibraciones internas y las velocidades de rotación de sus electrones. Ambos efectos, combinados con el aumento de la energía cinética, hacen que el gas se sienta más caliente.

Del gas al plasma

Un gas se vuelve cada vez más enérgico y más caliente a medida que la temperatura aumenta hasta cierto punto se convierte en plasma Esto ocurre a temperaturas que ocurren en la superficie del sol, alrededor de 6.000 grados Kelvin (10.340 grados Fahrenheit). La energía de alto calor elimina los electrones de los átomos en el gas, dejando una mezcla de átomos neutros, electrones libres y partículas ionizadas que genera y responde a las fuerzas electromagnéticas. Debido a las cargas eléctricas, las partículas pueden fluir juntas como si fueran un fluido, y también tienden a agruparse. Debido a este comportamiento peculiar, muchos científicos consideran que un plasma es un cuarto estado de la materia.