热气球原理简单解释图解,热气球的作用及工作原理

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-03-12 03:38:24

查理定律的定义

查理定律:当压力保持不变时,气体体积V与温度T成正比。查理定律方程可以表达为:

V∝T

其中,V为气体体积,T为温度。

这个定律规定了体积与温度的线性关系。温度一般采用国际单位制单位开尔文K。

热气球原理简单解释图解,热气球的作用及工作原理(1)

1783年六月,约瑟夫(Joseph)和艾蒂安(Etienne Montgolfier)用热空气给直径30英尺的气球打气,使其漂浮在空气中。这个庞然大物在空中飞行了1.5英里,然后沾满草和尘土被重新发现。这个新闻迅速传遍了法国。

一听到这则飞行的消息,雅克·亚历山大·塞萨尔·查尔斯内心充满了好奇,决定用他自己的气球实施相似的实验(他是一位有名的气球爱好者——人们大概一般不会把这两个词放在一起),并制定了现在所说的查理定律。

热气球原理简单解释图解,热气球的作用及工作原理(2)

查理做了一个简单的实验,将5个气球充满相同压强和体积的不同种气体。然后将它们放置在80摄氏度的高温中。他发现所有气球都膨胀了。

查理定律的解释和表述

科学家麦克斯韦给出了一个准解释。他表明,气体所占空间大小只与其粒子运动有关。粒子不断地与容器碰撞。无数气体粒子的迅速冲击施加给容器表面一个作用力。这个力转化为一定的压力。

这种冲击力无关紧要,但总的来说,撞击会对容器表面施加很大的压力。例如,一个氦气球里一秒钟有大概〖10〗^24(一亿亿亿)个氦原子拍打每平方厘米橡胶,速度高达1英里/秒!这种压力被称为气压。

热气球原理简单解释图解,热气球的作用及工作原理(3)

气压与某区域的碰撞和力的大小成正比。因此,碰撞越多,压力越大。重要发现表明,气体分子的运动和碰撞频率依赖于气体的温度。这意味着,较热的气体对壁的压力较大,且产生的压强较大。这就是盖·卢萨克定律。

然而,我们必须意识到,只要容器的体积是刚性且有界的,或者简单地恒定的,压力就会随着温度的升高而增加。打气筒很明显地表现了这一点,当我们推拉活塞时它会排出热空气。可在这个过程中,气球本身又是什么情况呢?

热气球原理简单解释图解,热气球的作用及工作原理(4)

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