熱氣球升空原理是改變自身重力（熱氣球為何升空）

2023-04-20 16:00:21 1

查理定律的定義

查理定律：當壓力保持不變時，氣體體積V與溫度T成正比。查理定律方程可以表達為：

V∝T

其中，V為氣體體積，T為溫度。

這個定律規定了體積與溫度的線性關係。溫度一般採用國際單位制單位開爾文K。

1783年六月，約瑟夫（Joseph）和艾蒂安（Etienne Montgolfier）用熱空氣給直徑30英尺的氣球打氣，使其漂浮在空氣中。這個龐然大物在空中飛行了1.5英裡，然後沾滿草和塵土被重新發現。這個新聞迅速傳遍了法國。

一聽到這則飛行的消息，雅克·亞歷山大·塞薩爾·查爾斯內心充滿了好奇，決定用他自己的氣球實施相似的實驗（他是一位有名的氣球愛好者——人們大概一般不會把這兩個詞放在一起），並制定了現在所說的查理定律。

查理做了一個簡單的實驗，將5個氣球充滿相同壓強和體積的不同種氣體。然後將它們放置在80攝氏度的高溫中。他發現所有氣球都膨脹了。

查理定律的解釋和表述

科學家麥克斯韋給出了一個準解釋。他表明，氣體所佔空間大小隻與其粒子運動有關。粒子不斷地與容器碰撞。無數氣體粒子的迅速衝擊施加給容器表面一個作用力。這個力轉化為一定的壓力。

這種衝擊力無關緊要，但總的來說，撞擊會對容器表面施加很大的壓力。例如，一個氦氣球裡一秒鐘有大概〖10〗^24（一億億億）個氦原子拍打每平方釐米橡膠，速度高達1英裡/秒！這種壓力被稱為氣壓。

氣壓與某區域的碰撞和力的大小成正比。因此，碰撞越多，壓力越大。重要發現表明，氣體分子的運動和碰撞頻率依賴於氣體的溫度。這意味著，較熱的氣體對壁的壓力較大，且產生的壓強較大。這就是蓋·盧薩克定律。

然而，我們必須意識到，只要容器的體積是剛性且有界的，或者簡單地恆定的，壓力就會隨著溫度的升高而增加。打氣筒很明顯地表現了這一點，當我們推拉活塞時它會排出熱空氣。可在這個過程中，氣球本身又是什麼情況呢？

當與加熱的氣體接觸時，它的體積會增大，因為它的體積不是固定的——隨著球的膨脹，即使壓力增加，壓力也會以恆定的速度增加，從而被限制為恆定值。隨著泵入的熱氣體越來越多，橡膠跟著膨脹，活躍的氣體粒子跳動，推動著內表面，將它往外推。這完全服從查理定律。

以上圖表顯示，查理定律也可以用於定義絕對零度（0 K或-273.15℃）。根據表達式，絕對零度氣體體積為零。

應用-熱氣球

這是查理定律最常見的應用。這些風中的心理意象激勵查理思考思考其膨脹背後的潛在機制。公元前三世紀以後，人們已經知道，當物體重量小於它所排開的流體時它就可以漂浮在流體上。或者簡單的說，物體的密度小於液體，它就會漂浮。

查理定律為熱氣球的工作原理提供了一種簡潔的解釋。根據查理定律，如果氣球中充滿加熱的氣體，它的體積會增大。體積增大後，相較於周圍同等質量的空氣，氣球佔據了更大的體積——它的密度現在比冷空氣小，於是，氣球開始上升了，

這也解釋了為什麼氦氣球遭遇冷時往往會收縮。內部的熱空氣本能地遵循熱力學定律，向外較冷區域擴散。熱空氣的流出降低了內部壓強，因為較冷的氣體分子震蕩幅度較小，所需空間較少。簡單地說，隨著氣球內部溫度下降，它的體積也會縮小。

充氣輪胎

這不完全算應用，但相當於一個副產物，並且可能是引用查理定律第二多的應用。當輪胎在炎熱的夏季酷暑中擱淺時，查理斯定律負責將輪胎從外胎中解救出來。外界的洪流穩定地進入內胎，並逐漸導致輪胎膨脹，從而使其變形或完全爆裂。

強烈建議在夏季定期檢查輪胎。 疏忽和持續的運轉可能會導致極其危險的後果，因為如果輪胎進一步膨脹，輪胎可能會在任何時候爆裂，此外，由於摩擦產生的不可避免的熱量流入還會加劇輪胎的破裂。 是的，感謝查爾斯。

汽車

汽車的引擎由一系列連成一排的活塞組成，當它們正上方分別有或沒有液體時會周期性地上下擺動。活塞的末端以獨特的方式連接到曲軸，所以它們的上下帶動了軸的轉動。曲軸的相對兩端連接到汽車的後輪，因此，當杆旋轉時，車輪也會轉動。

再說一次，查理定律就是深層次的原因。活塞被燃料燃燒產生的氣體推動。燃燒產生大量的熱量。結果是，溫度飆升，轉化的氣體立即膨脹，導致沸騰的粒子衝向活塞。它們全力推動活塞，驅動車輛前進。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. 啊水- sciabc

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