Physic bakom himlen lyktor (5 / 15 steg)
Steg 5: flytkraft:
• Bärighet är den kraft som verkar på alla organ genomsyrad av vätskor (vätskor och gaser) som finns i den potentiella fält kraften (gravitationsfält, accelererade system), och det sker på grund av skillnaden som sker på grund av det hydrostatiska trycket på den övre och nedre del.
I vårt fall har vi tätheten av luften ur ballongen och tätheten av gas i ballongen, behöver vi i vår beräkning:
F_u = ∆ρ∙g∙V
där: ∆ρ = ρ_z - ρ_b = > är skillnaden tätheten av gas i och utanför ballongen
Den allmänna ekvationen för gas:
p∙V = n∙R∙T p∙M_r = m/V∙R∙T p∙Mr = ρ∙R∙T
p∙V = m/M_r ∙R∙T
Dessa ekvationer ger oss möjlighet att beräkna täthet av gas, som följer:
Ρ=(p∙M_r)/(R∙T)
Molmassa för luft:
• Luft är en blandning av olika gaser från vilka den vanligaste är kväve (78%), syre (21%) och argon (1%). Det är därför dess Molmassa är:
M_r (luft) = 0.78∙M_r (N_2) + 0.21∙M_r (O_2) + 0.01∙M_r (Ar) M_r (air)=0.78(2∙14)+0,21∙(2∙16)+0,01∙(40) M_r (luft) = 29g/mol
I texten används följande fysiska värden och konstanter:
F1-kraft från up_ ___ g - gravitationskonstanten F2 - kraft från down___ρ-densitet F3, F4-side tvingar ___Fu-lyftkraft p-preasure ___p_a - lufttryck F - tvinga ___n-antalet mol A, S-yta area___R-allmänna gaskonstanten p_hs - hydrostatisk pressure___ M_r-Molmassa av gas m - vikt-_ ___ T - temperatur i Kelvin V-volume___p_b-densitet luft inuti ballongen
∆p- tryckskillnaden i och utanför ballongen
p_z- lufttätheten utanför ballongen
Bränsle:
• Som bränsle har jag använt paraffin ljus. De består av en fast bränsle och typ av säkring vanligtvis gjorda av bomull som är omgivna av paraffin som smälter vid en låg temperatur (normalt ca 60 ° C).
• Kapillärkraften av veke vax överförs till en eld där det förångas och bränner i närvaro av syre. Ljuset är släckt när syrehalten i luften sjunker under ca 16%.
Att välja ett bränsle:
• Det vore bra om jag som en källa till värme kunde fackla väte i syre, eftersom brinnande väte producerar endast vattenånga (ingen koldioxid), som är ett bra val för att lyfta ballongen på grund av dess låg molekylvikt (M_r (H20) = 18 g/mol). Väte, men kunde inte användas av säkerhetsskäl.
• När du bränner ljus (paraffin) det släpper ett visst förhållande mellan CO2 och H2O. Som det mer vattenånga i blandningen av luft i ballongen lättare. CO2 är inte önskvärt i en ballong eftersom det gör luften mer massiv, eftersom det är molar vikt större än luft (M_r (CO2) = 44g/mol).
• En blandning av paraffin kolväten med kedjans längd 20 kolatomer. Sådana molekyler har cirka 2H atomer på en enda atom C och genom förbränning ger ungefär samma antal molekyler av CO2 och H20. Senare, i några av mått är som en värme källa används varmluftspistol. Alltså får jag säkerhet, snabbhet och enkelhet i utför mätningar.
Beräkning av Molmassa för gas i ballongen när du använder ljus:
Kall luft från utsidan kommer till punkten att bränna och det finns syre från det kombinerar med väte och kol från paraffin. Kväve in ballongen oförändrad.
100 molekyler av luft (cirka 79% N2 och 21% O2) som trädde i ballongen skapade 107 molekyler (79 molekyler av N2, 14 och 14 molekyler CO2 molekyler H20) och från det får vi ekvationen:
M_r (pratbubbla) = 1/1.07(0.79∙M_r (N_2) + 0.14∙M_r (CO_2) + 0.14∙M_r (H_2 O)
M_r (blandning i ballongen) = 28, 8g/mol
Experiment:
Material:
Material för ballongen jag valde att vara lätt, hårt nog och lätt procurable. Jag tog en plast skräp påsar volym 35 liter. Frame struktur och bärare ljus är gjorda av balsa plankor (trä med mycket låg densitet). Som bränsle jag använt olika föreningar och blandningar (flytande och fasta), men till slut bestämde jag mig att använda en vanlig liten födelsedag ljus eftersom de var lättast att hantera.
Kännetecken av ljus:
Massa ljus: 1 gram
Höjden av ljus: 5,4 cm
Brinnhastighet: 0.0010 g / s
Hetta upp värdet av paraffin: 46 MJ / kg
Värme effekt ett ljus: 46 W