热气球工作原理(热气球为何升空？带你走近查理

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。

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。

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，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。

气压与某区域的碰撞和力的大小成正比。，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。

，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？

当与加热的气体接触时，它的体积会增大，因为它的体积不是固定的——随着球的膨胀，即使压力增加，压力也会以恒定的速度增加，从而被限制为恒定值。随着泵入的热气体越来越多，橡胶跟着膨胀，活跃的气体粒子跳动，推动着内表面，将它往外推。这完全服从查理定律。

以上图表显示，查理定律也可以用于定义绝对零度（0 K或-273.15℃）。根据表达式，绝对零度气体体积为零。

应用-热气球

这是查理定律最常见的应用。这些风中的心理意象激励查理思考思考其膨胀背后的潜在机制。公元前三世纪以后，人们已经知道，当物体重量小于它所排开的流体时它就可以漂浮在流体上。或者简单的说，物体的密度小于液体，它就会漂浮。

查理定律为热气球的工作原理提供了一种简洁的解释。根据查理定律，如果气球中充满加热的气体，它的体积会增大。体积增大后，相较于周围同等质量的空气，气球占据了更大的体积——它的密度现在比冷空气小，于是，气球开始上升了，

这也解释了为什么氦气球遭遇冷时往往会收缩。内部的热空气本能地遵循热力学定律，向外较冷区域扩散。热空气的流出降低了内部压强，因为较冷的气体分子震荡幅度较小，所需空间较少。简单地说，随着气球内部温度下降，它的体积也会缩小。

充气轮胎

这不完全算应用，但相当于一个副产物，并且可能是引用查理定律第二多的应用。当轮胎在炎热的夏季酷暑中搁浅时，查理斯定律负责将轮胎从外胎中解救出来。外界的洪流稳定地进入内胎，并逐渐导致轮胎膨胀，从而使其变形或完全爆裂。

强烈建议在夏季定期检查轮胎。 疏忽和持续的运转可能会导致极其危险的后果，因为如果轮胎进一步膨胀，轮胎可能会在任何时候爆裂，，由于摩擦产生的不可避免的热量流入还会加剧轮胎的破裂。 是的，感谢查尔斯。

汽车

汽车的引擎由一系列连成一排的活塞组成，当它们正上方分别有或没有液体时会周期性地上下摆动。活塞的末端以独特的方式连接到曲轴，所以它们的上下带动了轴的转动。曲轴的相对两端连接到汽车的后轮，，当杆旋转时，车轮也会转动。

再说一次，查理定律就是深层次的原因。活塞被燃料燃烧产生的气体推动。燃烧产生大量的热量。结果是，温度飙升，转化的气体立即膨胀，导致沸腾的粒子冲向活塞。它们全力推动活塞，驱动车辆前进。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 啊水- sciabc

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