Warum platzt ein Heißluftballon nicht, selbst wenn wir die Luft im Ballon lange erhitzen, sollte der Luftdruck nicht so hoch werden, dass er widerstehen kann?

Eines verstehe ich nicht: Wir sagen, ein Heißluftballon steigt auf, da heiße Luft weniger dicht ist als kühlere Luft.

Wenn jedoch die Wärmequelle der Luft im Ballon weiterhin Wärme zuführt, wird die heiße Luft dann nicht so heiß, dass der Druck zu hoch wird, als dass der Ballon widerstehen könnte und platzen würde? Aber es platzt nicht, selbst wenn wir die Luft im Ballon noch lange erhitzen?

Der Ballon ist unten nicht verschlossen. Warum würde Überdruck Ihrer Meinung nach nicht entweichen?
In der Tat, wenn die Luft nicht entweichen könnte (und die Hülle vollkommen steif wäre, anstatt ungefähr so), würde der Ballon nicht aufsteigen. Ignorieren Sie praktische Details wie das Entfalten und Befüllen des Ballons und gehen Sie davon aus, dass Sie einen kugelförmigen Ballon bei Umgebungstemperatur haben. Es hat N Luftmoleküle, die X kg wiegen. Wenn Sie es erhitzen, dehnt sich die Luft aus, ein Teil tritt aus der Öffnung aus und es verbleiben weniger Moleküle im Inneren, die weniger wiegen. Verschließen Sie diese Öffnung, und das Gewicht ändert sich nicht.
Nirgendwo in den Antworten wird erwähnt, wie der Heißluftballon durch sein Vordach Wärme verliert? Ich werde es dann sagen; Die Überdachung kann verhindern, dass sich heiße Luft mit der kühleren Außenluft vermischt, wodurch konvektiver Wärmeverlust verhindert wird, aber sie trägt nur sehr wenig dazu bei, einen Wärmeverlust durch Leitung durch den Ballon zu verhindern. Größere Wärme im Inneren = größere Wärmeverlustrate.

Antworten (4)

Da der Ballon nicht versiegelt ist und der Boden eine Öffnung hat, entweicht Luft durch diese Öffnung und verhindert so, dass der Druck im Inneren des Ballons so hoch ist, dass er explodieren würde.

Heißluftballons nutzen die Dichte heißer Luft, wie Sie in Ihrem Beitrag richtig erwähnt haben. Der Druck führt nicht dazu, dass der Ballon plötzlich platzt, da der Heißluftballon unten einen Ausgang hat, was zu einem ungefähr gleichen Druck innen und außen führen kann, wodurch ein möglicher Ausfall des Systems ausgeschlossen wird.

Wird die heiße Luft nicht so heiß, dass der Druck zu hoch wird, als dass der Ballon widerstehen könnte und platzen würde?

Wenn Sie einen versiegelten Ballon haben und ihn ausreichend erhitzen, dann ja.

Heißluftballons sind jedoch nicht versiegelt. Wenn der Druck zu groß wird, können sie aus der Öffnung entweichen, wo die Flamme hingeht.

Trotzdem müssten Sie die Luft bis zu dem Punkt erhitzen, an dem der Ballon platzt. In einem Ballon ist viel Luft und eine große Oberfläche. Unabhängig davon, wie viel Wärme Sie einbringen, gibt es einen Gleichgewichtspunkt, an dem Sie den Ballon nicht mehr erwärmen können, da die gesamte Wärme, die Sie einbringen, an die umgebende (kühlere) Luft abgegeben wird. Sie können (im Prinzip) die Summen machen, um herauszufinden, wo sich dieser Gleichgewichtspunkt befindet, aber die Hauptsache ist, dass, wenn dieser Gleichgewichtspunkt niedriger ist als der Druck, der den Ballon explodieren lassen würde, der Ballon intakt bleibt.

Nein, es liegt nicht daran, dass der Druck in einem (echten) Heißluftballon ständig zunimmt. Es ist immer nahezu im Gleichgewicht mit der Außenluft, da die Innenluft frei austreten kann. Es ist diese Luft, die das Gewicht der an der Seite verbleibenden Luft verringert und Auftrieb erzeugt.

Das ideale Gasgesetz besagt das P v = N R T . In vielen Fällen wenden Sie dies auf ein geschlossenes System mit einer festen Gasmenge und einem festen Gasvolumen an, sodass Sie dies häufig als Temperatur ( T ) steigt, der Druck ( P ). Ein Heißluftballon ist jedoch nicht abgedichtet oder unter Druck gesetzt – wenn die Temperatur ansteigt, entweicht Luft aus dem Ballon. Betrachtet man nur die Luft im Ballon, so T steigt, die Anzahl der Luftmoleküle im Ballon ( N ) abnimmt, was zu einem System mit konstantem Druck und konstantem Volumen führt.

Luft wird durch eine leichte und vorübergehende Druckdifferenz herausgedrückt. Immer wenn der Druck im Ballon höher ist als draußen, strömt Luft durch eine Öffnung im Ballon, um den Druck auszugleichen. Je größer der Druckunterschied, desto schneller strömt die Luft, um den Druck auszugleichen, sodass der Innendruck immer nahe am (aber vielleicht etwas höher) dem Außendruck liegt, und in einem Gleichgewichtszustand sind sie identisch.

Warum platzt ein Heißluftballon nicht, selbst wenn wir die Luft im Ballon lange erhitzen, sollte der Luftdruck nicht so hoch werden, dass er widerstehen kann?
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