Eine Anwendung von Charles' Gesetz ist ein Heißluftballon. Heißluftballons steigen auf, wenn die Luft in ihnen von einer Fackel erhitzt wird, wodurch sich die Partikel schnell bewegen und dann zerstreuen.
Charles' Law ist nach Jacques Charles benannt, einem Ballonfahrer, der im 18. Jahrhundert lebte. Charles untersuchte die Beziehung zwischen Gasvolumen und Temperatur, um Ballons zum Aufsteigen zu bringen. Charles führte 1787 eine Reihe dieser Experimente durch, die jedoch nie offiziell veröffentlicht wurden. Charles wird zugeschrieben, dass er 1783 den ersten wasserstoffbetriebenen Ballon über Paris, Frankreich, über Wasser gesetzt hat. Zu Ehren seiner Leistungen trägt Charles' Gesetz seinen Namen. Charles' Gesetz erklärt, dass das Gasvolumen in einem bestimmten Bereich mit der Erwärmung eines Gases zunimmt und sein Druck konstant bleibt. In ähnlicher Weise besagt das Gesetz von Charles, dass eine Abnahme der Temperatur zu einer Abnahme von Gas führt.
Anwendungen des Gesetzes von Charles
Heißluftballons, die zum Aufsteigen auf erhitzten Treibstoff angewiesen sind, sind eine Anwendung des Gesetzes von Charles. Wenn Gasteilchen in einem Heißluftballon erhitzt werden, breiten sie sich aus und bewegen sich schneller, wodurch sich die Gase ausdehnen und mehr Platz einnehmen. Diese Zunahme der Aktivität erzeugt die Energie, die Ballons benötigen, um vom Boden aufzusteigen, da die Ballons weniger dicht werden als die Luft um sie herum. Die Abnahme der Dichte des Ballons führt dazu, dass er schwebt, und umgekehrt führt ein Anstieg der Dichte des Ballons dazu, dass er sich entleert und auf den Boden zurückkehrt.
Heißluftballon-Zusammensetzung
Die meisten Heißluftballons bestehen aus Nylon. Dieses Gewebe ist leicht und im Allgemeinen mit Polyurethan verstärkt, das Ballons luftdicht macht und sie vor den schädlichen ultravioletten (UV) Strahlen der Sonne schützt. Heißluftballons steigen auf, wenn die Luft in der Nylontasche oder Hülle erhitzt wird. Ballons sinken, wenn die Luft aus der Hülle von oben abgelassen wird. Ballons haben einen relativ einfachen Aufbau. Sie werden nur mit einem Höhenmesser, der die Höhe misst, einer Temperaturanzeige und einer Steiggeschwindigkeits-Hüllkurve betrieben. Heißluftballons variieren in der Größe. Sportballons, die am häufigsten vorkommende und beliebteste Sorte, haben einen Durchmesser von 55 Fuß und sind etwa 70 Fuß hoch, was einer Höhe von etwa sieben Stockwerken entspricht. Sportballons werden aus etwa 1.075 Quadratyard Nylon hergestellt. Dies entspricht über drei Meilen Nylongewebe. Etwa eine halbe Meile aus verstärktem Material wird verwendet, um die Umschläge sicher zusammenzuhalten. Sportballons können aufgeblasen über 62.000 Scheffel Äpfel und knapp 580.000 Gallonen Wasser aufnehmen. Heißluftballons können drei bis vier Personen befördern.
Funktionsweise von Heißluftballons
Ballons werden mit flüssigem Propangas oder LPG gezündet. Ihre Treibstoffvorräte sind entweder auf zwei oder drei Tanks aufgeteilt. Ballons mit zwei Tanks tragen 40 Gallonen Treibstoff, der auf zwei 20-Gallonen-Tanks aufgeteilt wird. Kleinere Ballons tragen 30 Gallonen LPG, die auf drei Tanks mit jeweils 10 Gallonen verteilt sind. Propan wird als Brennstoff gewählt, weil es schnell und effizient verbrennt, aber auch vorhersehbar und stabil ist. Ballons tragen LPG in flüssiger Form und LPG wird durch Schläuche zugeführt, um die Ballons zu entzünden. Bei einer Flugzeit von 45 Minuten bis zu einer Stunde verbrennen Ballons ungefähr 20 bis 30 Gallonen Treibstoff. Aus Sicherheitsgründen sind viele Ballons auch mit einem unabhängigen Kraftstoffsystem ausgestattet, das den Ballon betreiben kann, wenn das primäre Kraftstoffsystem leer ist oder ausfällt.
