查尔斯（Charles）或盖伊·卢萨克（Guy-Lussac）的定律允许陈述气态的一种特性：气体占据的体积与恒压下的温度成正比。
如果所讨论的气体是理想的，则该比例对于所有温度范围都是线性的；另一方面，实际气体在接近露点的温度下会偏离线性趋势。但是，这并不限制该法在涉及气体的众多应用中的使用。
中国灯笼或愿望气球。资料来源：Pxhere。
查尔斯定律的典型应用之一是在气球中。其他较简单的气球，例如许愿气球，也称为中国灯笼（上图），揭示了恒压下气体体积与温度之间的关系。
为什么在恒定压力下？因为如果压力增加，则意味着气体所在的容器是气密的。因此，气态颗粒对所述容器的内壁的碰撞或冲击将增加（Boyle-Mariotte定律）。
因此，气体所占据的体积不会发生变化，而且查尔斯定律也将缺乏。与气密容器不同，许愿气球的织物代表一种可移动的屏障，能够根据内部气体施加的压力而膨胀或收缩。
但是，随着球囊组织的膨胀，气体的内部压力会保持恒定，因为其颗粒碰撞的面积会增加。气体的温度越高，颗粒的动能就越高，因此碰撞次数也就越高。
随着气球的再次膨胀，与气球内壁的碰撞保持（理想）恒定。
因此，气体越热，气球的膨胀就越大，上升的幅度就越大。结果是：在12月的夜晚，微红色（尽管很危险）的灯在天空中悬浮。
查尔斯定律是什么？
声明
所谓的查尔斯定律或盖·吕萨克定律解释了气体所占体积与其绝对温度或开尔文温度之间的依赖关系。
可以通过以下方式陈述该定律：如果压力保持恒定，则可以满足以下条件：“对于给定质量的气体，每升高1摄氏度，其体积将增加其体积的大约1/273倍于0ºC时的体积（ 1ºC）以提高其温度”。
工作
建立法律的研究工作是在1780年代由雅克·亚历山大·塞萨尔·查尔斯（1746-1823）发起的。但是，查尔斯没有公布他的调查结果。
后来，约翰·道尔顿（John Dalton）在1801年设法通过实验确定了所有由他研究的气体和蒸汽都在相同体积数量的两个确定的温度之间膨胀。盖伊·卢萨克（Gay-Lussac）在1802年证实了这些结果。
查尔斯（Charles），道尔顿（Dalton）和盖伊·卢萨克（Gay-Lussac）的研究工作可以确定气体所占的体积及其绝对温度成正比。因此，温度和气体体积之间存在线性关系。
图形
理想气体的T vs V图。资料来源：加布里埃尔·玻利瓦尔（GabrielBolívar）。
将气体的体积与温度作图（上图）会产生一条直线。温度为0ºC时，直线与X轴的交点允许获得0ºC时的气体体积。
同样，直线与X轴的交点将给出有关温度的信息，在该温度下气体占据的体积为零“ 0”。道尔顿在-266°C时估计该值，接近开尔文对于绝对零（0）的建议值。
开尔文提出了一个温度标度，其零应该是理想气体体积为零的温度。但是在这些低温下，气体被液化了。
这就是为什么无法如此谈论气体体积的原因，发现绝对零值应为-273.15ºC。
公式和计量单位
公式
查尔斯定律在其现代版本中指出，气体的体积和温度成正比。
所以：
V / T = k
V =气体量。T =开尔文温度（K）。k =比例常数。
对于体积V 1和温度T 1
k = V 1 / T 1
同样，对于体积V 2和温度T 2
k = V 2 / T 2
然后，将两个方程式等价为k
V 1 / T 1 = V 2 / T 2
该公式可以写为：
V 1 T 2 = V 2 T 1
求解V 2，得出公式：
V 2 = V 1 T 2 / T 1
单位
气体的体积可以升或任何其衍生单位表示。同样，体积可以用立方米或任何派生单位表示。温度必须以绝对温度或开氏温度表示。
因此，如果气体的温度以摄氏度或摄氏度表示，则要用它们进行计算，必须将273.15ºC的温度加到温度上，以使其达到绝对温度或开尔文。
如果温度以华氏度表示，则有必要在这些温度上增加459.67ºR，以使其达到朗肯等级的绝对温度。
查尔斯定律的另一种众所周知的公式是：
V t = V 或（1 + t / 273）
式中，V t是气体在一定温度下所占的体积，以升，cm 3等表示；V o是0ºC时气体所占据的体积。就t而言，它是测量体积的温度，以摄氏度（ºC）表示。
最后，273表示开尔文温度标度上的绝对零值。
实验证明定律
安装
设置实验以证明查尔斯定律。资料来源：加布里埃尔·玻利瓦尔（GabrielBolívar）。
在一个具有水浴功能的水容器中，一个敞开的圆筒放在其顶部，在圆筒的内壁装有一个柱塞（上图）。
该活塞（由活塞和两个黑色底座组成）可以根据其所含气体的量向气缸的顶部或底部移动。
可以通过使用燃烧器或加热设备来加热水浴，该燃烧器或加热设备提供增加水浴温度所必需的热量，从而增加装备有柱塞的缸体的温度。
将确定的质量放在柱塞上，以确保实验在恒定压力下进行。通过使用放置在水浴中的温度计来测量浴和缸的温度。
尽管气缸可能没有刻度来显示空气量，但可以通过测量放置在活塞上的质量和气缸底部表面达到的高度来估算。
发展历程
圆柱体的体积是通过将其底部的表面积乘以圆柱体的高度而获得的。缸底的表面可通过应用以下公式获得：S = Pi xr 2。
高度是通过测量从圆柱体的底部到活塞上放置质量的部分的距离来获得的。
当通过打火机产生的热量使熔池温度升高时，观察到柱塞在气缸内上升。然后，他们在温度计上读取水浴中的温度，该温度与气瓶内部的温度相对应。
他们还测量了柱塞上方质量的高度，从而能够估算出与所测温度相对应的空气量。通过这种方式，他们对温度进行了几次测量，并估算了与每种温度相对应的空气量。
由此，最终可以确定气体所占的体积与温度成正比。这一结论使我们可以阐明所谓的查尔斯·劳。
冬季加冰气球
除了先前的实验外，还有一个更简单，更定性的实验：冬天的冰气球实验。
如果在冬天将充氦气球放置在加热的房间中，气球将具有一定的体积；但是，如果后来将其在低温下搬出房屋，则会发现氦气球收缩，根据查尔斯定律，其体积减小了。
解决的练习
练习1
在25ºC下有一种气体占据750 cm 3的体积：如果保持恒定压力，在37ºC下该气体所占据的体积是多少？
首先必须将温度单位转换为开尔文：
T 1以开氏度为单位= 25ºC+ 273.15ºC= 298.15 K
T 2以开氏度为单位= 37ºC+ 273.15ºC= 310.15 K
由于V 1和其他变量是已知的，因此V 2可以通过以下公式求解和计算：
V 2 = V 1 ·（T 2 / T 1）
= 750厘米3（310.15 K / 298.15 K）
= 780.86厘米3
练习2
将3升的气体必须加热到32ºC才能使其体积膨胀到3.2升的温度（摄氏度）是多少？
同样，摄氏度转换为开尔文：
T 1 = 32ºC+ 273.15ºC= 305.15 K
与前面的练习一样，我们求解T 2而不是V 2，其计算公式如下：
T 2 = V 2 ·（T 1 / V 1）
= 3,2升·（305,15 K / 3升）
= 325.49 K
但是该语句要求摄氏度，因此T 2的单位已更改：
T 2以摄氏度为单位= 325，49ºC（K）-273.15ºC（K）
= 52.34ºC
练习3
如果0ºC的气体的体积为50 cm 3，那么在45ºC 的气体将占据什么体积？
使用查尔斯定律的原始公式：
V t = V 或（1 + t / 273）
当所有变量都可用时，我们将直接计算V t：
V t = 50 cm 3 + 50 cm 3 ·（45ºC/ 273ºC（K））
= 58.24厘米3
另一方面，如果使用示例1和2的策略解决了问题，我们将：
V 2 = V 1 ·（T 2 / T 1）
= 318 K·（50毫升3 /273 K下）
= 58.24厘米3
应用这两个过程的结果是相同的，因为最终它们基于查尔斯定律的同一原理。
应用领域
祝气球
许愿气球（在引言中已经提到）装有浸有可燃液体的纺织材料。
当这种材料着火时，气球中所含空气的温度会升高，根据查尔斯定律，气体的体积会增加。
因此，随着气球中的空气量增加，其中的空气密度减小，其变得小于周围空气的密度，这就是气球上升的原因。
弹出式或土耳其式温度计
顾名思义，它们是在火鸡烹饪过程中使用的。温度计有一个带盖子的密闭充气容器，并经过校准，使得达到最佳烹饪温度后，盖子会发出声音。
温度计放置在火鸡内部，并且随着烤箱内部温度的升高，温度计内部的空气会膨胀，从而增加其体积。然后，当空气量达到一定值时，他使温度计的盖子抬起。
恢复乒乓球的形状
乒乓球重量轻，塑料壁薄，这取决于它们的使用要求。这导致当它们被球拍击打时它们会变形。
通过将变形的球放在热水中，内部的空气会加热并膨胀，从而导致空气量增加。这也会导致乒乓球的壁伸展，使它们恢复其原始形状。
面包制作
酵母被掺入小麦粉中，该小麦粉用于制面包并具有产生二氧化碳气体的能力。
随着烘烤过程中面包温度的升高，二氧化碳的体积也会增加。因此，面包膨胀直到达到期望的体积。
参考文献
- 克拉克（2013）。其他天然气法-博伊尔定律和查尔斯定律。摘自：chemguide.co.uk
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