Temperatureffekt eines in der Luft aufsteigenden Heliumballons

Question

Temperatureffekt eines in der Luft aufsteigenden Heliumballons

Gas
Physik
Auftrieb
Temperatur
Fluid-Statik
Thermodynamik

Ahmed Elmenschawie

Ich möchte einige Fälle in Betracht ziehen und sicherstellen, dass ich recht habe.

Wenn ich einen mit Helium gefüllten Ballon mit festem Volumen habe und den Ballon in der Luft fliegen lasse,

1)

Wenn die Lufttemperatur steigt (ohne die Heliumtemperatur zu erhöhen), verringert dies die Luftdichte, sodass die Auftriebskraft abnimmt.

2)

aber wenn die Heliumtemperatur ansteigt, das Volumen konstant ist, steigt der Druck, dann ist die Heliumdichte konstant, und die Luftdichte nimmt ab, so dass die Auftriebskraft abnimmt.

3)

aber wenn das Heliumvolumen bei konstantem Druck zunimmt, nimmt die Heliumdichte ab, die Luftdichte nimmt ab, also kein Effekt.

So sinkt die Auftriebskraft für die eingeschlossene eingeschlossene Flüssigkeit im eingetauchten Körper mit steigender Temperatur, wenn die Temperatur der inneren Flüssigkeit isoliert ist oder das Volumen konstant ist, die Auftriebskraft ändert sich nicht mit sich ändernder Temperatur, wenn sich das Volumen ändert.

[ Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein ]

Ich habe diese Antwort hier gelesen

Warum steigen und fallen Heliumballons?

Aber ich sehe verschiedene Fälle, in denen das Heliumvolumen konstant ist, da die Luftdichte abnimmt, sodass die Auftriebskraft abnimmt

David Hammen

Unter der Annahme, dass der Ballon nicht leckt, ist die Temperatur des Heliums irrelevant. Sie haben einen Ballon mit festem Volumen.

Ahmed Elmenschawie

@DavidHammen Wenn es nicht leckt und das Ballonmaterial Wärme von Luft auf Helium überträgt, steigt also der Heliumdruck, in beiden Fällen steigt entweder der Druck oder nicht, die Auftriebskraft nimmt ab, weil die Luftdichte abnimmt, irre ich mich?

David Hammen

Die von der Atmosphäre auf den Ballon ausgeübte Auftriebskraft ist das Gewicht der verdrängten Luft. Das Gewicht der verdrängten Luft ist die Masse der verdrängten Luft multipliziert mit der lokalen Erdbeschleunigung. Wenn der Ballon ein festes Volumen hat, bleibt alles, was im Ballon passiert, im Ballon. Wichtig ist nur das Volumen des Ballons. Der Ballon ist Las Vegas („Was in Las Vegas passiert, bleibt in Las Vegas.“)

Antworten (2)

Temperatureffekt eines in der Luft aufsteigenden Heliumballons

Unter der Annahme, dass der Ballon nicht leckt, ist die Temperatur des Heliums irrelevant. Sie haben einen Ballon mit festem Volumen.
@DavidHammen Wenn es nicht leckt und das Ballonmaterial Wärme von Luft auf Helium überträgt, steigt also der Heliumdruck, in beiden Fällen steigt entweder der Druck oder nicht, die Auftriebskraft nimmt ab, weil die Luftdichte abnimmt, irre ich mich?
Die von der Atmosphäre auf den Ballon ausgeübte Auftriebskraft ist das Gewicht der verdrängten Luft. Das Gewicht der verdrängten Luft ist die Masse der verdrängten Luft multipliziert mit der lokalen Erdbeschleunigung. Wenn der Ballon ein festes Volumen hat, bleibt alles, was im Ballon passiert, im Ballon. Wichtig ist nur das Volumen des Ballons. Der Ballon ist Las Vegas („Was in Las Vegas passiert, bleibt in Las Vegas.“)

JMac · Answer 1

Sie scheinen eine falsche Vorstellung von der Beziehung zwischen Luftdichte und Auftriebskraft zu haben.

Wenn die Luftdichte abnimmt und die Heliumdichte gleich bleibt, ist die Auftriebskraft auf den Ballon geringer . Beim Auftrieb schwimmt das Objekt mit geringerer Dichte, bis es ungefähr der Dichte seiner Umgebung entspricht. Wenn die Umgebung weniger dicht wird, dann wird die Kraft auf den Ballon geringer und er sinkt. Wird die Luft dichter, ist es umgekehrt.

Ich bin mir nicht sicher, ob das vollständig beantwortet, was Sie herauszufinden versuchen; Das Verwechseln der Effekte führt jedoch wahrscheinlich zu Verwirrung, daher ist es wichtig, dies zu klären.

Vielen Dank für Ihre Antwort, ich war verwirrt, also habe ich meine Frage bearbeitet. Ich wollte nur wissen, ob: die Auftriebskraft für in einem eingetauchten Körper enthaltene enthaltene Flüssigkeit mit steigender Temperatur abnimmt, wenn die Temperatur der inneren Flüssigkeit isoliert oder ein konstantes Volumen ist, die Auftriebskraft nicht ändern sich mit sich ändernder Temperatur, wenn sich das Volumen ändert.
@Ahmedelmenshawie Ich habe ehrlich gesagt große Probleme, diese Frage zu verstehen.

JalfredP · Answer 2

Die Nettoauftriebskraft ergibt sich aus der Gewichtsdifferenz von Helium und Luft im gleichen Volumen, also

F_{B} = G (ρ_{A ich R} v - ρ_{H} v) = Δ ρ v G

$F_b=g(\rho_{air}V-\rho_H V)=\Delta\rho\; V g$ Wo

ρ

$\rho$ ist die Luftdichte (Helium) und

V

$V$ das Volumen Ihres Ballons.

In erster Näherung kann man für Helium das perfekte Gasgesetz verwenden

P v = N R T

$pV=nRT$ mit

n

$n$ konstant (

R

$R$ die Gaskonstante,

p

$p$ der Druck u

V

$V$ das Volumen, das sich ändert, je nachdem, ob das Volumen fest ist oder nicht), so dass die Dichte von Helium gegeben ist durch

$\rho_H=nM_H/V=pM_H/RT$ Wo $M_H$ ist die Molmasse von Helium.

Andererseits kann die Luftdichte angenähert werden durch

ρ_{A} = ρ_{0} (1 - τ H / T_{0})^{a G / τ}

$\rho_a=\rho_0(1-\tau h/T_0)^{\alpha g/\tau}$ Wo

α

$\alpha$ ist eine Konstante,

T_{0}

$T_0$ ist die Temperatur auf Meereshöhe und

τ

$\tau$ die Geschwindigkeit der Temperaturänderung in Abhängigkeit von der Höhe.

So wird Ihr Auftrieb

F_{B} = G v (R H Ö_{A} - ρ_{H}) = G v (ρ_{0} (1 - τ H / T_{0})^{a G / τ} - P (H) M_{H} / R T (H))

$F_b=g V(rho_a-\rho_H)=g V \left( \rho_0(1-\tau h/T_0)^{\alpha g/\tau} - p(h) M_H/RT(h) \right)$ mit

T (h)

$T(h)$ Und

p (h)

$p(h)$ je nach höhe.

Davon können wir wiederum ausgehen $T(h)=T_0-\tau h$ Und

P (H) = P_{0} (1 - τ H / T_{0})^{a G / τ}

$p(h)=p_0(1-\tau h/T_0)^{\alpha g/\tau}$ (siehe Link oben), dann können Sie die Zahlen, die Sie haben, das Modell, das Sie für Ihren Ballon haben, usw. eingeben, um zu sehen, in welche Richtung der Auftrieb in verschiedenen Höhen zeigt

F_{B} = G v {(1 - τ H / T_{0})}^{a G / τ} (ρ_{0} - P_{0} M_{H} / R (T_{0} - τ H))

$F_b=g V \left(1-\tau h/T_0\right)^{\alpha g/\tau}(\rho_0-p_0M_H/R(T_0-\tau h))$

all dies setzt auch voraus, dass das Helium sofort die Temperatur der Umgebung annimmt und der Ballon nicht so starr ist, dass er mit dem Außendruck im Gleichgewicht ist. Auch hier müssen Sie die Dinge ändern, je nachdem, ob Ihr Ballon ein konstantes Volumen, eine konstante Dichte, einen konstanten Druck usw. hat.

Temperatureffekt eines in der Luft aufsteigenden Heliumballons

Ahmed Elmenschawie

David Hammen

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David Hammen

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