热气球为何升空？带你走近查理定律热气球的原理是什么 _资源

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，查理定律方程可表示为:
V∝T
其中v是气体体积，t是温度。
这个定律规定了体积和温度之间的线性关系。通常，温度采用开尔文国际单位制

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1783年6月，约瑟夫和艾蒂安(蒙戈菲耶东北部)用热空气体给一个直径30英尺的气球充气，并使其漂浮在空气体中。这只庞然大物在空飞行了1.5英里，然后被重新发现，浑身是草和灰尘。这个消息很快传遍了整个法国。
听到这次飞行的消息，雅克·亚历山大·塞萨尔·查尔斯充满了好奇，决定用自己的气球进行类似的实验(他是著名的气球爱好者——人们大概不会把这两个词放在一起)，并制定了现在被称为查尔斯定律的东西。

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查理做了一个简单的实验，用相同压力和体积的不同气体填充五个气球。然后把它们放在80摄氏度的高温下。他发现所有的气球都充气了。
查理定律的解释和表达
科学家麦克斯韦给出了一个准解释。他证明了气体的大小在空之间只与它的粒子运动有关。粒子不断与容器碰撞。无数气体颗粒的快速撞击对容器表面施加了一个力。这个力转化为一定的压力。
这个冲击力微不足道，但一般来说，冲击力会对容器表面产生很大的压力。例如，在一个氦气球中，大约有[10] 24个(1000亿)氦原子以高达1英里/秒的速度撞击每平方厘米的橡胶！这个压力叫做气压。

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气压与一定区域内的碰撞和力成正比。因此，碰撞越多，压力越大。重要的发现表明，气体分子的运动和碰撞频率取决于气体的温度。这意味着热气体在壁上的压力更大，产生的压力也更大。这是盖伊·卢萨克定律。
但是，我们必须认识到，只要容器的体积是刚性的和有界的，或者简单地说是恒定的，压力就会随着温度的升高而增加。泵清楚地显示了这一点。当我们推拉活塞时，它会排出热的空气体。但是在这个过程中，气球本身呢？

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当它与加热的气体接触时，它的体积会增加，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，从而被限制在一个恒定的值。随着越来越多的热气体被泵入，橡胶膨胀，活性气体颗粒跳动，推动内表面并将其推出。这完全符合查理定律。

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上图显示，查理定律也可以用来定义绝对零度(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启发查理思考其膨胀背后的潜在机制。公元前3世纪以后，人们知道当物体的重量小于它所排开的流体时，它可以浮在流体上。或者简单地说，如果物体的密度小于液体的密度，它就会漂浮。
查理定律为热气球的工作原理提供了简明的解释。根据查理定律，如果气球充满加热气体，它的体积会增加。体积增大后，与周围相同质量的空气体相比，气球占据了更大的体积——它的密度现在低于冷空气体，于是气球开始上升。

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这也解释了为什么氦气球在冷的时候会收缩。内热空气体本能地遵循热力学定律，向较冷的区域扩散。热空气体的流出降低了内压，因为较冷气体分子的振荡幅度较小，花费的空时间更少。简单来说，随着气球内部温度的下降，它的体积也会缩小。
充气轮胎
这不是一个完整的应用程序，但它相当于一个副产品，它可能是引用查理定律第二多的应用程序。当轮胎在炎热的夏季搁浅时，查尔斯定律负责将轮胎从外胎中解救出来。来自外部的洪水稳定地进入内胎，并逐渐使轮胎膨胀，从而使其变形或完全爆裂。