Legea lui Charles descrie relația dintre volumul și temperatura unui gaz. Legea a fost atribuită omului de știință francez Jacques Charles de chimistul Joseph Louis Gay-Lussac, de asemenea din Franța. Mai simplu spus, dacă presiunea rămâne constantă, volumul unui gaz împărțit la temperatura sa este egal cu o constantă. Se poate deduce din ecuația gazului ideal, PV=nRT, unde P este presiunea, V este volumul, n este numărul de moli de gaz, R este constanta gazului ideal și T este temperatura Kelvin. Rescrierea ecuației, V/T=(nR/P). Deoarece P este constant, V/T=(constant).
Deoarece raportul este egal cu o constantă, V/T=K, o nouă temperatură și volum pentru același gaz pot fi scrise V1/T1=K, conducând la V/T= V1/T1. Deși această relație fizică este adevărată pentru un gaz ideal, deviația matematică are loc în lumea reală, deoarece dimensiunea particulelor și forțele interactive nu au fost luate în considerare. Cu toate acestea, dacă temperatura este ridicată și presiunea este scăzută, volumul particulelor devine neimportant. În mod similar, deoarece presiunea este scăzută, particulele sunt îndepărtate. Acest lucru reduce interacțiunea forței dintre particule, care scade cu pătratul distanței, făcându-l nesemnificativ.
Deși legea lui Charles este simplă, ea explică multe observații de zi cu zi. Drojdia din aluat emite bule mici de dioxid de carbon. Coacerea acelui aluat extinde bulele, dând produse de patiserie mai ușoare și mai pufoase. Încălzirea apei într-un cazan produce abur expansiv, care este folosit pentru a conduce motoarele cu abur și pentru a menține sălile de clasă calde. Motorul de automobile acționat pe benzină arde combustibilul, producând căldură extraordinară care extinde gazele de ardere pentru a antrena pistoanele care rotesc arborele cotit și alimentează vehiculul.
Legea lui Charles este demonstrată și ori de câte ori o persoană deschide o sticlă sau o cutie de bere sau sifon. Recipientele acestor băuturi au dioxid de carbon sub presiune în interiorul lor. Dacă o cutie sau o sticlă de băutură este rece, deschiderea capacului are ca rezultat o expansiune foarte mică a gazului. Cu aceeași băutură la o temperatură fierbinte, dioxidul de carbon se va extinde într-un grad mult mai mare. Acest lucru poate face ca o parte din conținut să fie împușcată din cutie și către consumator.
O altă aplicație simplă în care legea lui Charles poate arunca puțină lumină este umplerea unui balon. Volumul (V), densitatea (D) și masa (M) respectă relația, D=M/V. Rearanjarea dă V=M/D. Substituind aceasta în legea lui Charles V/T=(constant) dă M/DT=(constant). Această modificare a legii spune că dacă un balon este umplut cu gaz, iar temperatura scade, densitatea va crește. Dacă balonul ajunge într-un punct în care aerul exterior are o densitate similară cu cea din interiorul balonului, balonul nu se va ridica mai mult.