国学经典,永久流传《诗经朗诵全集》
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2023-07-31
孔明灯是利用热空气比空气质量要轻的原理制成的。当孔明灯中是满满的冷空气时其密度较大重力较大连带孔明灯上的其他设备一起总重力大于浮力因此飞不起来;当开始加热灯中的空气后其密度减小重力减小此过程中浮力是基本不变当重力小于浮力时孔明灯所受合力向上因此开始上升。
孔明灯的原理与热气球原理相同皆是利用热空气之浮力使球体升空可用阿基米德原理解释当物体与空气同体积而重量比空气小时就可飞起。
将球内空气加热球内部分空气会因受热膨胀而从球体流出使内部空气密度比外部小充满热空气的球体就会飞起来。
孔明灯“会飞”原因是:燃料燃烧使周围空气温度升高密度减小上升从而排出孔明灯中原有空气使自身重力变小空气对它的浮力把它托了起来。
由浮沉条件可知只有满足:
F浮>G总=G热空气+G灯
即:G灯<F浮-G热空气
时它才能上升由此可知它的自重(包括外壶燃料的重力)要很轻才能起飞轻到什么程度呢?
G灯<F浮-G热空气=ρ空气gV排-ρ热空气gV
G灯<(ρ空气-ρ热空气)gV排
m灯<(ρ空气-ρ热空气)V排 (1)
空气的密度可由理想气体状态方程得出。
把(2)式代入(1)式可得
可见其能否起飞由灯质量和气温、热空气温度和孔明灯容积共同决定。
具体数据估算如下:
设当天气温:T空气=300K(27℃);大气压强:1标准大气压p=1.01325×105Pa;孔明灯容积:V容=V排=0.2m×0.25m×0.4m=2×10-2m3;加热后的空气温度:T热空气=500K(227℃);?空气=0.029kg/mol.代入(3)式得:
在上述条件下孔明灯总质量在9.44g时当热空气温度升到227℃时上升。
假设在上述条件下把孔明灯质量减轻成m灯=4g=4×10-3kg由(3)式变形并代入数据得:
即热空气温度只要升高到88℃孔明灯即可上升。
仍按上述条件若孔明灯质量
即m灯≥23.56g则无论热空气温度升到多高也飞不起来。
由上面分析可知孔明灯要起飞它的质量不能超过一定值而且质量越小所需热空气温度越低也就越容易起飞。
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本文标题:孔明灯原理(孔明灯原理)
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