Das Charlessche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Volumen und Temperatur eines Gases. Das Gesetz wurde dem französischen Wissenschaftler Jacques Charles vom Chemiker Joseph Louis Gay-Lussac, ebenfalls aus Frankreich, zugeschrieben. Einfach ausgedrückt, wenn der Druck konstant bleibt, ist das Volumen eines Gases geteilt durch seine Temperatur gleich einer Konstanten. Sie kann aus der idealen Gasgleichung PV=nRT abgeleitet werden, wobei P der Druck, V das Volumen, n die Anzahl der Gasmole, R die ideale Gaskonstante und T die Kelvin-Temperatur ist. Umschreiben der Gleichung, V/T = (nR/P). Da P konstant ist, ist V/T = (konstant).
Da das Verhältnis gleich einer Konstanten ist, V/T=K, kann eine neue Temperatur und ein neues Volumen für dasselbe Gas als V1/T1=K geschrieben werden, was zu V/T= V1/T1 führt. Obwohl diese physikalische Beziehung für ein ideales Gas gilt, treten in der realen Welt mathematische Abweichungen auf, da Partikelgröße und Wechselwirkungskräfte nicht berücksichtigt wurden. Wenn die Temperatur jedoch hoch und der Druck niedrig ist, wird das Partikelvolumen unwichtig. Da der Druck niedrig ist, sind die Partikel ähnlich weit voneinander entfernt. Dadurch wird die Kraftwechselwirkung zwischen den Partikeln verringert, die mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, wodurch sie unbedeutend wird.
Obwohl das Gesetz von Charles einfach ist, erklärt es viele alltägliche Beobachtungen. Hefe im Teig gibt winzige Kohlendioxidbläschen ab. Das Backen dieses Teigs dehnt die Blasen aus, wodurch leichteres und flauschigeres Gebäck entsteht. Beim Erhitzen von Wasser in einem Kessel entsteht expansiver Dampf, der zum Antrieb von Dampfmaschinen und zum Warmhalten von Klassenzimmern verwendet wird. Der benzinbetriebene Automotor verbrennt Kraftstoff und erzeugt eine enorme Hitze, die die Verbrennungsgase ausdehnt, um die Kolben anzutreiben, die die Kurbelwelle drehen und das Fahrzeug antreiben.
Das Gesetz von Charles wird auch dann demonstriert, wenn eine Person eine Flasche oder eine Dose Bier oder Soda öffnet. Behälter dieser Getränke enthalten unter Druck stehendes Kohlendioxid. Wenn eine Getränkedose oder -flasche kalt ist, führt das Öffnen des Deckels zu einer sehr geringen Gasexpansion. Mit dem gleichen Getränk bei einer heißen Temperatur dehnt sich Kohlendioxidgas viel stärker aus. Dies kann dazu führen, dass ein Teil des Inhalts aus der Dose auf den Verbraucher geschossen wird.
Eine weitere einfache Anwendung, bei der das Gesetz von Charles etwas Licht ins Dunkel bringen kann, ist das Füllen eines Ballons. Volumen (V), Dichte (D) und Masse (M) gehorchen der Beziehung D=M/V. Die Umordnung ergibt V=M/D. Setzt man dies in das Charlessche Gesetz ein, ergibt V/T=(konstant) M/DT=(konstant). Diese Gesetzesänderung besagt, dass, wenn ein Ballon mit Gas gefüllt wird und die Temperatur sinkt, die Dichte zunimmt. Erreicht der Ballon einen Punkt, an dem die Außenluft eine ähnliche Dichte wie im Ballon hat, steigt der Ballon nicht weiter auf.