查尔斯定律描述了气体的体积和温度之间的关系。这个定律是法国化学家约瑟夫·路易斯·盖伊·卢萨克(Joseph Louis Gay Lussac)将其归功于法国科学家雅克·查尔斯。简单地说,如果压力保持不变,气体的体积除以它的温度等于一个常数。它可以从理想气体方程中推导出来,PV=nRT,其中P是压力,V是体积,n是气体的摩尔数,R是理想气体常数,T是开尔文温度。改写方程,V/T=(nR/P)。由于P是常数,V/T=(常数)。
每当一个人打开一瓶或一罐啤酒或苏打水时,都会证明查尔斯定律。由于比率等于常数,V/T=K,同一气体的新温度和体积可以写成V1/T1=K,从而得出V/T=V1/T1。虽然这种物理关系对于理想气体来说是正确的,在现实世界中确实会出现数学偏差,因为没有考虑颗粒大小和相互作用力。然而,如果温度高,压力低,颗粒体积就变得不重要。同样,由于压力低,颗粒相距较远,这就减少了颗粒之间的力相互作用,虽然查尔斯定律很简单,但它可以解释许多日常观察结果。面团中的酵母会释放出微小的二氧化碳气泡,面团烘烤后会使气泡膨胀,面团变得更轻、更松软。在锅炉中加热水会产生膨胀的蒸汽,它被用来驱动蒸汽机和保持教室的温暖。汽油驱动的汽车发动机燃烧燃料,产生巨大的热量,使燃烧气体膨胀,驱动活塞转动曲轴,为汽车提供动力。每当人们打开一瓶或一罐啤酒或苏打水时,查尔斯定律也会得到证明这些饮料的容器里有加压的二氧化碳。如果一罐或一瓶饮料是冷的,打开瓶盖几乎不会产生气体膨胀。同样的饮料在高温下,二氧化碳气体会膨胀到更大的程度。这会导致一些内容物从罐子里喷出来,落到消费者身上。另一个简单的应用,查尔斯定律可以揭示一些道理,那就是气球的填充。体积(V)、密度(D)和质量(M)都遵循这一关系,D=M/V。重新排列得到V=M/D。将其代入查尔斯~s定律V/T=(常数)得到M/DT=(常数)。对该定律的修改是,如果气球充满气体,温度降低,密度就会增加。如果气球达到一个点,外部空气的密度与气球内部的密度相似,气球不会再上升了。

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