แก๊ส

กฎของบอยล์ (Boyle's law) กล่าวว่าเมื่ออุณหภูมิของแก๊สคงที่ ความดันจะแปรผกผันกับปริมาตร P1V1 = P2V2 — บีบแก๊สให้ปริมาตรเล็กลง ความดันจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน

กฎของชาร์ล (Charles's law) กล่าวว่าเมื่อความดันคงที่ ปริมาตรจะแปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ V1/T1 = V2/T2 — ต้องใช้อุณหภูมิหน่วยเคลวินเท่านั้น ห้ามใช้องศาเซลเซียส

กฎแก๊สอุดมคติรวมทั้งสามตัวแปรไว้ในสมการเดียว PV = nRT โดย n คือจำนวนโมลของแก๊ส และ R คือค่าคงตัวแก๊ส (R ≈ 8.31 J/(mol·K))

แก๊สอุดมคติเป็นแบบจำลองที่สมมติว่าโมเลกุลไม่มีปริมาตรและไม่มีแรงดึงดูดระหว่างกัน — แก๊สจริงที่ความดันไม่สูงมากและอุณหภูมิไม่ต่ำมากจะประมาณได้ดีด้วยแบบจำลองนี้

ทฤษฎีจลน์อธิบายความดันและอุณหภูมิของแก๊สในระดับโมเลกุล โดยมองว่าความดันเกิดจากโมเลกุลแก๊สชนผนังภาชนะซ้ำๆ อย่างต่อเนื่อง แรงชนสะสมของโมเลกุลจำนวนมากรวมกันคือความดันที่วัดได้

อุณหภูมิสัมบูรณ์ของแก๊สแปรผันตรงกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล ตามสมการ Ek = (3/2)kT โดย k คือค่าคงตัวของโบลต์ซมันน์ — อุณหภูมิสูงขึ้นหมายถึงโมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้นโดยเฉลี่ย

เพราะโมเลกุลแก๊สแต่ละตัวเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างกัน จึงใช้ "ความเร็วรากที่สองของค่าเฉลี่ยกำลังสอง" (root-mean-square speed, vrms) เป็นตัวแทนความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลทั้งหมด

จากการเทียบพลังงานจลน์เฉลี่ยทั้งสองรูปแบบ (½m·vrms² = (3/2)kT) จะได้ว่า vrms แปรผันตรงกับรากที่สองของอุณหภูมิ และแปรผกผันกับรากที่สองของมวลโมเลกุล — โมเลกุลที่เบากว่าจะเคลื่อนที่เร็วกว่าที่อุณหภูมิเดียวกัน