気体の体積と温度の関係に関する実験を行った最初の科学者は、フランスの物理学者ジャック アレクサンドル セザール シャルル (1746-1823) でした。しかし、この関係を定量化し始めたのは、フランスの化学者ジョゼフ・ルイ・ゲイ＝リュサック（1778-1850）でした。
両方とも、気体の体積と温度は正比例するという同じ結論に達しました。これは簡単な実験で視覚化して理解することができます。首に風船を付けたボトルを熱湯の入った鍋に入れると、風船が膨らむのがわかります。これは、温度の上昇に伴って、気体分子が占める体積が増加したことを意味します。ただし、風船の入ったボトルを冷水の入った鍋に入れると、風船がしぼむのがわかります。分析される気体である空気は、温度が低下すると収縮して体積が小さくなります。
注意:体積は増加しますが、ガス粒子の量は同じであることを覚えておくと興味深いでしょう。温度が上昇すると、粒子の運動エネルギーも増加し、より高速に移動し、膨張して体積が増加します。逆もまた真で、温度が低下すると粒子の運動エネルギーが減少し、粒子の動きが遅くなり、収縮し、その結果、体積が減少します。
より正確な実験を通じて、一定圧力におけるガスの温度と体積との間の比例関係がどのようなものであるかを正確に決定することができます。こうして、次のような最初のシャルルとゲイ＝リュサック法が制定されました。
数学的に言えば、次のようになります。
どこ：
V = ガスが占める体積。
T = ガスの熱力学的温度。
k = ガス比例定数。
上記の数式から、体積と温度は同じ正比例で変化することがわかります。言い換えれば、温度が 2 倍になれば、体積も 2 倍になります。温度を半分にすると、体積も半分になります。等々。したがって、これら 2 つの量を除算すると、文字 k で表されるそれらの間の定数が得られます。
体積や温度による変動に関係なく、定数は常に同じ値になるため、次のように言えます。
V 1 = V 2またはV初期= V最終
T 1 T 2最初のT最後のT
これは、温度値を変更したときに体積がどのくらいになるかを知ることができることを意味します。初期の体積と温度の値、および温度の変化がわかっている限り。最終体積がわかっていれば、最終温度についても同じことが達成できます。
以下に示すように、圧力と質量が固定された気体の、温度に対する体積変化のグラフは常に直線になります。
