動手小製作:簡易孔明燈製作的方法
元宵節,人們都興高采烈的在放飛孔明燈。我們能不能自己製作一個自制孔明燈去放飛呢?
一、 孔明燈起飛條件
孔明燈“會飛”原因是:燃料燃燒使周圍空氣溫度升高,密度減小上升,從而排出孔明燈中原有空氣,使自身重力變小,空氣對它的浮力把它託了起來。
由浮沉條件可知,只有滿足:
F浮>G總=G熱空氣+G燈
即:G燈<F浮G熱空氣
時它才能上升,由此可知它的自重(包括外壺燃料的重力)要很輕才能起飛,輕到什麼程度呢?
G燈<F浮G熱空氣=ρ空氣gV排ρ熱空氣gV,
G燈<(ρ空氣ρ熱空氣)gV排,
m燈<(ρ空氣ρ熱空氣)V排, (1)
空氣的密度可由理想氣體狀態方程得出。
把(2)式代入(1)式可得
可見其能否起飛由燈質量和氣溫、熱空氣溫度和孔明燈容積共同決定。
具體資料估算如下:
設當天氣溫:T空氣=300K(27℃);大氣壓強:1標準大氣壓,p=1.01325×105Pa;孔明燈容積:V容=V排=0.2m×0.25m×0.4m=2×102m3;加熱後的空氣溫度:T熱空氣=500K(227℃);?空氣=0.029kg/mol.代入(3)式得:
在上述條件下孔明燈總質量在9.44g時,當熱空氣溫度升到227℃時上升。
假設在上述條件下把孔明燈質量減輕成m燈=4g=4×103kg,由(3)式變形並代入資料得:
即熱空氣溫度只要升高到88℃,孔明燈即可上升。
仍按上述條件,若孔明燈質量 中學生科技網
即m燈≥23.56g,則無論熱空氣溫度升到多高也飛不起來。
由上面分析可知孔明燈要起飛,它的質量不能超過一定值,而且質量越小所需熱空氣溫度越低,也就越容易起飛。
二、一種簡易孔明燈
在上面分析基礎上,我製成了一種極易起飛的孔明燈,課上一使用學生興趣盎然,紛紛自己製作,也都獲得了成功。2.1取材和製作①取一隻大號極薄的塑料手提袋,手提處剪平。②取一根長約60cm的細銅絲(可用多股軟銅線中的一股銅絲),兩端分別系在方便袋口子兩邊。③在細銅絲中間包上適量棉花,簡易孔明燈便製成了。如圖。
2.2放飛
選擇沒有風的地方(室內也可),一人兩手分別捏住方便袋底部兩角,使之開口朝下,並使包有棉花的細銅絲自然下垂。再在棉花上倒上適量酒精,點燃酒精,幾十秒鐘後,孔明燈便會騰空而起。
2.3注意 中學生科技網
①酒精棉花不宜太重,一般可使總質量(方便袋、細銅絲、酒精棉花的總質量)在5g以下較易起飛。
②細銅絲長度要適當,以使酒精燃燒後不致溶化塑料袋為好,並注意防止失火。
③如果想把它拉下來,事先可在細銅絲中間再系一根細銅絲讓它下垂。
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