В закрытом баллоне нагрев повышает давление, а не объём

Почему газ давит сильнее при нагреве

Газ состоит из частиц, которые непрерывно и беспорядочно движутся. Они ударяются о стенки сосуда; каждый удар очень мал, но множество ударов вместе создаёт давление. Нагрев сообщает частицам энергию, поэтому они движутся быстрее и чаще, а удары становятся сильнее. В закрытом жёстком баллоне стенки не могут раздвинуться, и давление возрастает.

Что меняется, если стенка подвижна

Если газ заключён, например, под поршнем, который может свободно двигаться, нагрев толкает поршень наружу. Объём увеличивается, пока давление не уравновесит внешнюю нагрузку. Так газу есть куда «ответить» на ускорение частиц — не только усилением ударов о стенки, но и расширением.

Эти два результата связаны с разными условиями: при нагревании жёсткого сосуда постоянен объём, а под подвижной границей газ может расширяться, если давление поддерживается примерно постоянным.

Почему баллон нельзя просто нагреть

Рост давления увеличивает нагрузку на стенки и соединения баллона. Их прочность рассчитана на определённые условия, поэтому сильный нагрев может привести к утечке или разрушению сосуда. Именно поэтому баллоны и другие ёмкости с газом держат вдали от источников тепла: нагрев меняет не видимый размер сосуда, а силу, с которой газ изнутри давит на него.