孔明灯原理
1、内部空气温度升高,压强增大。
2、内部气体被排出,反冲力使孔明灯上升。
独立分析第一种情况
将孔明灯简化为圆柱:设灯的质量为M,体积为V,底面积为S,
大气压强为P,温度为T;
PV\T=P’V|T’
△P=(P’-P)=P(T’-T)|T
若要孔明灯上升,则:
△PS>Mg
T’=MgT|PS+T
由此可见,内部气体温度至少达到T’时才可使灯上升;加热过程中不可避免存在热交换,所以要尽量减小M,增大S。
独立分析第二种情况
将孔明灯简化为圆柱:设灯的质量为M,体积为V,底面积为S,大气压强为P,温度为T,排出气体速度为v(未知),流量为u;
dm v = F dt
F >Mg
v>Mg/dm
等内气体一定,若想孔明灯上升高度尽量高,则需要排气时间尽量长,即dm尽量小,可知底面积 S须尽量小。
综合一二
P(T’-T)S/T+uv>Mg
S<(Mg-uv)T/(P(T’-T))
孔明灯升空原理和现代
热气球上升相似,由于孔明灯为娱乐目的,并不要求太高的高度,所以一般孔明灯为开底,但是质量往往很小;而热气球则做成封闭形式,说明此事提供上升动力的一般为第一种情况。