A nyomás fontossá válik
A szilárd testek és folyadékok hőtágulásánál nem foglalkoztunk azzal, hogy a nyomás a folyamat során állandó-e vagy változik. Ennek oka az volt, hogy a szilárd és folyékony anyagok nem túl nagy relatív nyomásváltozásra szinte nem is változtatják meg a térfogatukat; ezt úgy szokás mondani, hogy "összenyomhatatlanok". Például ha vizet zárunk egy tartályba, és addig préseljük, hogy duplájára növekedjen a nyomása, attól mindössze \(0,0044\%\)-kal fog csökkenni a térfogata, ami nagy pontossággal nevezhető állandó térfogatnak.
Ezzel szemben ha egy gázt tartályba zárunk, és (állandó hőmérséklet mellett) addig préseljük, hogy duplájára növekedjen a nyomása, ennek végére a gáz tárfogata (a Boyle-Mariotte-törvény szerint) a felére fog csökkenni, vagyis jelentősen "összenyomódik", tehát már messze nem tekinthető állandó térfogatúnak. Ezt úgy szokás mondani, hogy a gázoknak sok nagyságrenddel nagyobb a kompresszibilitása, mint a folyadékoké vagy a szilárd testeké. Ezért a gázok térfogata nemcsak attól változhat meg jelentősen, ha változik a gáz hőmérséklete (pl. melegítjük), hanem attól is, ha változik a nyomása. Emiatt gázok hőtágulásánál már figyelni kell a nyomásra.
A gázok legegyszerűbb hőtágulása
A legegyszerűbb eset, ha a hőtágulást "elszenvedő" gáz:
- állandó mennyiségű
- állandó nyomású
Az állandó (konstans) mennyiségű gáz alatt állandó anyagmennyiséget értünk:
\[n=\mathrm{konst.}\]
vagy ami ezzel egyenértékű, állanó tömeget:
\[m=\mathrm{konst.}\]
Az állandó nyomású folyamatot izobár folyamatnak nevezzük, ami a görög ἴσος (íszosz, jelentése: egyenlő, azonos) és a βάρος ( ejtsd: bárosz; jelentése súly) szavakból tevődik össze. Ezt a legegyszerűbben úgy lehet megvalósítani, hogy az üvegedénybe zárt gáz dugóján átmenő csőbe higanycseppet helyezünk, mely mivel nem nedvesíti az üveget, könnyen (súrlódásmentesen) elmozdulhat, ha a két oldalán különbözik a nyomás, vagyis mindig "beáll" egy olyan helyre, hogy a külső és belső nyomás azonos legyen. Természetesen ez esetben a kinti nyomásnak állandónak kell lennie, hogy bent is állandó legyen a nyomás.
Az állandó nyomás másképp úgy valósíthatüó meg, hogy a tartály fala(i) könnyen elmozdulhat(nak) a külső és belső oldal eltérő nyomása esetén, hogy kiegyenlítsék a nyomáskülönbséget. Például a tartály fala rugalmas, hajlékony, mint amilyen egy lufi esetén a vékony gumiréteg. Lufiba zárt levegő izobár állapotváltozásairól itt találhatók videók.
Harmadik lehetőség az izobár eset megvalósításához, hogy a gáz tartálya egy függőleges üvegcsőbe torkollik, amihez lefelé egy hajlékony, higannyal töltött U-alakú cső csatlakozik. Amikor a gáz a felmelegítés hatására kitágul, lejjebb nyomja maga alatt a higanyt, amitől a másik szárban a higany feljebb nyomul. Ezután az U-alakú cső másik szárát addig mozgatjuk függőlegesen lefelé, amíg a két szárban a higany azonos magasságba kerül. Az üvegcsövek skálái segítségével a térfogatváltozás meghatározható:
