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简易孔明灯制作


来自:临沂东汉孔明灯厂 发布日期:2013/6/23 浏览统计:2066

以往在教完浮沉条件的应用一节之后,我布置学生自制孔明灯,但他们制作的孔明灯都飞不起来,其原因是他们制作的孔明灯不满足起飞条件。

1 孔明灯起飞条件

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。

2 一种简易孔明灯

在上面分析基础上,我制成了一种极易起飞的孔明灯,课上一使用学生兴趣盎然,纷纷自己制作,也都获得了成功。
2.1取材和制作
①取一只大号极薄的塑料手提袋,手提处剪平。
②取一根长约60cm的细铜丝(可用多股软铜线中的一股铜丝),两端分别系在方便袋口子两边。
③在细铜丝中间包上适量棉花,简易孔明灯便制成了。如图。

2.2放飞

选择没有风的地方(室内也可),一人两手分别捏住方便袋底部两角,使之开口朝下,并使包有棉花的细铜丝自然下垂。再在棉花上倒上适量酒精,点燃酒精,几十秒钟后,孔明灯便会腾空而起。

2.3注意

①酒精棉花不宜太重,一般可使总质量(方便袋、细铜丝、酒精棉花的总质量)在5g以下较易起飞。

②细铜丝长度要适当,以使酒精燃烧后不致溶化塑料袋为好,并注意防止失火。

③如果想把它拉下来,事先可在细铜丝中间再系一根细铜丝让它下垂。

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