孔明灯啥原理
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孔明灯又叫天灯,孔明灯是什么原理
孔明灯的原理与热气球的原理相同,皆是利用热空气之浮力使球体升空。然而为何热空气会飘浮呢?我们可用阿基米德原理来解释它:当物体与空气同体积,而重量(密度)比空气小时就可飞起,此与水之浮力的道理是相同的。将球内之空气加热,球内之一部份空气会因空气受热膨胀而从球体流出,使内部空气密度比外部空气小,因此充满热空气之球体就会飞起来。
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说一说孔明灯为什么会升上高空呢?
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。
孔明灯能持续飞行,主要是因为热源与灯一起飞行对吗
是的,是正确的。
孔明灯的原理和热气球的原理一致,热源与灯体一同飞行。孔明灯内部燃烧的火焰会加热孔明灯周围的空气,这时热空气会上升,冷空气就会下沉。孔明灯的灯罩是半封闭的,可以聚集起热量,为孔明灯产生浮力,从而让孔明灯顺利地飘起来。
孔明灯的灯罩一般用安全阻燃棉纸或加厚阻燃拷贝纸制成。其结构分为主体、底圈和燃料三部分,孔明灯最常见的是白色小蜡块燃料,主要成分是石棉和蜡油,稍微高档些的孔明灯燃料一般是纸板和棉布专门定制的棉布燃料,火力更大。
孔明灯建议在空旷开阔的地方放飞,例如在海滩、江边、河边、湖边、大操场、运动场、郊外无树木地方放飞孔明灯。
孔明灯的结构:
孔明灯的结构可分为主体、底圈和燃料三部分,主体大都采用安全阻燃棉纸或加厚阻燃拷贝纸糊成灯罩,普通纸张因为燃点低,不耐高温,所以市场售卖的孔明灯大多都是添加了阻燃剂的安全阻燃纸。
底部的支架则以竹削成的篦和铁丝组成(部分出口国外的外贸货使用的是竹条和高档防火棉线 *** 的底圈),超大号的孔明灯底圈大多采用玻璃钢杆和包塑铁丝作为主要 *** 材料,孔明灯的燃料也区分多种,最常见的是白色小蜡块燃料,主要成分是石棉和蜡油,稍微高档些的孔明灯燃料一般是纸板和棉布专门定制的棉布燃料,火力更大。
孔明灯可大可小,一般为椭圆形,爱心形,圆柱体或长方体形状。近些年,市场也有一些新颖的款式,比如四彩款,椭圆带飘尾款的,蝴蝶款和枫叶形状的孔明灯,一般的孔明灯是用竹片架成圆筒形,外面以薄白纸密密包围而开口朝下。
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如图所示的孔明灯,它能上升的原理是 ,上升过程中灯罩内的气体密度 (选填“大于”、“小于”或“等于”)灯罩外的空气密度。 阿基米德原理 小于 |
试题分析:孔明灯,它能上升的原理是阿基米德原理,气体具有热胀冷缩的性质,灯罩内的气体被加热,体积膨胀,密度减小,由于罩内气体的密度小于灯罩外空气的密度,使得孔明灯受到空气的浮力大于受到的重力,孔明灯能上升. 点评:本题考查了物体的浮沉条件、阿基米德原理原理不仅适用于液体也适用于气体. |