一般に温度によって物体の体積は変化する。気体の場合，固体や液体と違って，温度に対する膨張の割合は種類によらないため普遍性があり，絶対温度の基礎となる。この気体の熱膨張および絶対温度について理解する。
(1) 圧力が一定のときの，空気の温度と体積の関係を調べる。
(2) 空気の温度と体積の関係から絶対零度を求める。
(1) 理想気体
温度が一定のとき，一定質量の気体の体積Vは，圧力pに反比例する。すなわち，
pV =一定 (1)
となる。これをボイルの法則という。気体の圧力というものは，気体分子が壁面に衝突することによって生じる。気体全体の体積に比べて分子の体積が十分小さく，また分子同士が離れていて相互作用が無視できるばあい，気体の体積が半分になると，第１図に示したように，分子の衝突回数は２倍になる。すなわち圧力と体積は反比例することがわかる。
第１図
ところが，気体の密度が大きくなると，気体分子の大きさや分子同士の相互作用が無視できなくなるので，ボイルの法則は成り立たなくなる。密度が小さく，ボイルの法則が成り立つ気体のことを理想気体という。
(2) シャルルの法則
十分希薄な気体（理想気体）の熱膨張の割合は気体の種類によらず一定である。すなわち，圧力が一定のとき，一定質量の理想気体の体積Vは，温度が１度上がるごとに，0 ℃のときの体積V0の1/273ずつ増加する。つまり摂氏温度θのときの体積は，
V=V0(1+θ/273) (2)
となる。グラフに表すと図２のようになる。これをシャルルの法則という。気体の温度が上がると，第３図に示したように，気体の分子の速度が大きくなるため，圧力一定のときは体積が増加することが分かる。理想気体の場合，固体や液体とは違って分子間の相互作用が無視できるので，増加の割合は分子の速度だけで決まり，分子の種類などには依らないことになる。
第２図
第３図
(3) 絶対温度
摂氏温度の０度というのは，氷という特定の物質の融点を基に定められたものである。したがってこの「0」という値には絶対的な意味はない。そこで，図２のグラフを延長して，V=0となるところが0度となるように目盛りを付け直す。このように定めた温度を絶対温度といい，このときの0度を絶対零度という。単位はK（ケルビン）である。絶対温度Tと摂氏温度θの関係は，
T =θ +273 (3)
だから，（２）式（シャルルの法則）をTを用いて表すと，
V=(T/T0)V0 (4)
と簡単になる。ここでT0 =273 K（=0 ℃）である。すなわち，気体の体積は絶対温度に比例することになる。また，絶対温度は気体分子の運動エネルギーに比例する（したがって絶対零度より低い温度は存在しない）ことから，科学でよく使われる尺度となっている。
・パイプの内径をノギスで測る。
後で気体の体積を計算するのに使う。・パイプの下端を流動パラフィンの中に入れ，流動パラフィンを12-13 cmの高さまで満たす。
・パイプの上端をパラフィルムで密封する。
パラフィルムは少し延ばしてからかぶせるようにすると良い。
この密封された空気の熱膨張を測定する。・パラフィルムがずれないようにビニールテープを巻く。
・パイプを引き上げ，パイプの外側の流動パラフィンをキムワイプで拭き取る。
もし中の流動パラフィンが流れ落ちるようだったら，封をやり直す。・パイプと熱電対をものさしにビニールテープで固定する。このときパイプの上端がものさしの「0」の位置になるように，また流動パラフィンの位置が読みやすいようにする。
第４図
・水槽に深さ7 cm（水槽の目盛り10）ほど水を入れる。さらに氷を入れてよくかき混ぜる。
・台を水の中に沈め，この上にものさしを乗せ流動パラフィン方が低くなるようにする。
・温度計の電源を入れ，温度と気柱の長さを測る。
・コントローラーのスイッチを入れ，およそ５℃毎に60 ℃まで温度と気柱の長さを測る。
温度設定は最高にしておいて良い。
気柱の長さを読みとるとき波がじゃまだったら，一時的にスイッチを切る。
気泡がついて見にくくなったら，メスピペットで吹き飛ばす。・測定が終わったら，コントローラーのスイッチを切る。
・お湯が冷めたら，もとの状態に片づける。
第５図
・パイプの内径から断面積を求める。
・各温度での気柱の長さと断面積から体積を計算する。
・体積の温度変化のグラフ（手書きおよびパソコン）を書く。
・下記の２通りの方法で絶対零度を求める。
◆絶対零度の求め方１
・横軸の原点を０℃にしてグラフ１を書く。
・このグラフ1（V=aθ+b)から傾きa（1℃当たりの体積変化）および切片b（0℃における体積）を読み取る。
・V=0としたときのq を計算する。
（グラフ１）
◆絶対零度の求め方2
・パソコンの電源を入れ，デスクトップに現れる「charles.dat」のアイコンをダブルクリックして開く。
・表が現れるので，温度と体積および自分の氏名，番号を打ち込む。
・自動的にグラフ２が描かれるので，「ファイル」→「印刷」を選択し，さらに「印刷」をクリックする。
・パソコンで書かせたグラフから体積０となるときの温度を読み取る。
（グラフ２）
