Kotitekoinen kuumailmapallo

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Rupesin laskeskelemaan kotitekoisen kuumailmapallon toimivuutta, ja jossain meni pahasti pieleen. Tässä speksit.
-lieriön muotoinen, metrin korkuinen ja metrin halkaisijaltaan oleva ilmasäiliö, "pallo"
-pinta 0,05 mm paksua alumiinifoliota, 2700 kg/m3

Jos ainoastaan yläpään kattaisi, olisi folion tilavuus (pii*0,5^2 m + pii*0,5 m * 1 m)*0,05 mm = n. 1,178*10^-4 m3
folio painaisi 1,178*10^-4 m3 * 2700 kg/m3 = n. 0,3 kg
säiliön tilavuus: 1 m*(pii*0,5m^2) = n. 0,78 m3

jos otetaan lähtökohdaksi ilman tiheys 15 c:n lämpötilassa nollatasolla eli 1,22 kg/m3, on pallossa ilmaa 0,78 m3*1,22 kg/m3 = 0,95 kg, eli melko tarkalleen kilo.

tämä miinus folion paino eli 300 g, ja saadaan ilmamäärä, jonka paino saisi pelkän pallon leijumaan eli 0,65 kg. Tiheyden pitäisi olla 0,65 kg/0,78 m3 = n. 0,8 kg/m3

Seuraavaksi pitää laskea ilman lämpötila, jossa tiheys on edellämainittu, tässä tuli varmasti moka:

eikö tiheys ole p/(R*T)? Siis lämpötila olisi p/(tiheys*R)?

laskin sitten 1013 mbar/(0,8 kg/m3*8,3 (vakio)), josta sain 152 K eli -121 celsiusta. Että silleen.

Tarvittavaa lämpötilaa siis haetaan, kiitän jo etukäteen. Tekstiin saattoi tulle myös sellaisia virheitä, mitä en tehnyt, tulokset ovat kuitenkin niitä joita käytin.

Sivut

Kommentit (16)

Vierailija
Empiristi

jos otetaan lähtökohdaksi ilman tiheys 15 c:n lämpötilassa nollatasolla eli 1,22 kg/m3,

eikö tiheys ole p/(R*T)? Siis lämpötila olisi p/(tiheys*R)?

laskin sitten 1013 mbar/(0,8 kg/m3*8,3 (vakio)), josta sain 152 K eli -121 celsiusta. Että silleen.

Samalla yhtälöllä tohon lähtökohta tiheyteen:
1013 mbar/(1,22 kg/m3*8,3 (vakio)), josta saadaa 100 K. Et sillee.

Jacci
Seuraa 
Viestejä8
Liittynyt16.3.2005

Oletetaan, että ilma käyttäytyy ideaalikaasun tavoin, jolloin voidaan käyttää ideaalikaasun tilanyhtälöä:

pV=nRT, josta T=pV/nR=pM/ρR

Ilman moolimassa M on noin 29g/mol. Sijoittamalla arvot lausekkeeseen havaitaan, että ilman lämpötilan pallon sisällä on oltava vähintään 170 °C.

Vierailija

Folion tilavuus laskussa olit kertonut metrejä ja millimetrejä keskenään? tilavuus oli jotenkin kummasti silti suht lähellä oikeaa

No folion tilavuus on 1,963x10^-4m³, jolloin folion massa on 0.53kg
"Pallon" tilavuus on 0,785m³ jolloin ilman massa on 0,96kg (15°C ja 101,325kPa)
Joten ilman massa saisi olla 0,43kg, jotta pallo lähtisi lentoon.
Tällöin ilman lämpötila on 371.5°C

Muista ottaa huomioon myös ilman lämmittimen paino , siis jos se killuu pallon mukana

Vierailija
Älykääpiö
Folion tilavuus laskussa olit kertonut metrejä ja millimetrejä keskenään? tilavuus oli jotenkin kummasti silti suht lähellä oikeaa

En kai? Tässä puhtaasti metrisesti:

(pii*0,5m^2 [ympyränmuotoisen ylälevyn pinta-ala] + pii*0,5m*1m [lieriön folion pinta-ala])*0,00005 m [folion paksuus]

Tuosta tuli se mainitsemani tulos...

Kiitän kumpaakin avusta. Kokeilin vähän aikaa sitten pienemmän pallon lämmittämistä eräänlaisella kaasusytyttimellä, ja kevenemisen huomasi, mutta eipä tullut ilmaa kevyemmäksi. Hukkaantui folioa vähän, mutta voihan tuosta vääntää esim. hatun.

http://www.pulju.net/shop/product_details.php?p=245

Kuoren voisi varmaan poistaa ja kaasuhanan jumiuttaa, jolloin saisi lämmittimen aikaiseksi (20 g?). Lähtisiköhän tuolla nousemaan? Veikkauksia.

Vierailija

Kuuma ilma pallo: lämmitä täyteen puhallettua ilmapalloa ja huomaat ettei liiku mihinkään muualle kuin las päin. Moolimassa sama joten tiheys ei muutu nostattavaksi.
Hyvä ilmakone on tyhjä teepussi jonka sytyttää palamaan. nousee kuin vanhaa[size=150:3oeteouq] sputnik[/size:3oeteouq]

Vierailija
Empiristi

En kai? Tässä puhtaasti metrisesti:

(pii*0,5m^2 [ympyränmuotoisen ylälevyn pinta-ala] + pii*0,5m*1m [lieriön folion pinta-ala])*0,00005 m [folion paksuus]

Tuosta tuli se mainitsemani tulos...


Juu, ekassa viestissäsi oli vaan 0,05mm... Mutta eiköhän tuo [lieriön folion pinta-alan] lauseke ole kuitenkin pii*1m*1m

Empiristi

http://www.pulju.net/shop/product_details.php?p=245

Kuoren voisi varmaan poistaa ja kaasuhanan jumiuttaa, jolloin saisi lämmittimen aikaiseksi (20 g?). Lähtisiköhän tuolla nousemaan? Veikkauksia.

Veikkauseni on ettei lähde, koska en usko tuon lämmittävän ilmaa riittävän tehokkaasti..
Jos haluat jonkinlaisen "pallon" taivaalle, kannattaisi rakentaa riittävän iso pallo, jolloin pallon+lämmittimen massan ja pallon tilavuuden suhde on edullisempi ja pallon materiaaliksi paperi, sanomalehtipaperi on suht kevyttä. Liimailet/teippalet lehdensivuista 5m leveen ja 3-4m korkeen paperi maton, maton liimaat rullaksi ja solmit narulla rullan toisen pään umpeen, ja tee samalla naruun lenkki josta palloa voi pitää jollain pitkällä tikulla pystyasennossa, kun lähettää palloa lentoon

Lämmön lähteeksi kahvipaketin folio, sisältäen 2-4dl polttoainetta, suljet foliopaketin suun rautalangalla niin että siihen jää pieni hengitys reikä, paketin kiedot riepuun Esim. T-paita ja teet lämmönlähteelle sopivan kehikon.

Ennen lähetystä kastat vielä T-paidan polttoöljyyn ja tuikkaat tuleen, odotat pari minuuttia ja pallosi pyrkii jo taivaalle, sitten vaan katselet sitä kunnes se häviää kauas...

Tällainen pallo lentää hyvin pitkälle tyynelläkin säällä joten palloon pitäisi kiinnittää naru jolla estää pallon karkaamisen ja lennättää sitä kuin leijaa

JA VAROEN, kun kyseisen pallon lämmönlähde on mitä on

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Laita pussin alaosaan venttiililäppä joka päästää laajenevan ilman ulos mutta jäähtyvä ilma imaisee läpän kiinni pussiin. Tällöin pystyt lämmittämään palloa valmiina ja lämmin ilma pysyy paremmin sisällä.

Niin, ja isommassa mittakaavassa pallo tietenkin toimii paremmin kun massan ja tilavuuden suhde pienenee.

Vaadittava lämpötila puolestaan on helpointa laskea seuraavasti (ei tarvita kaasujen yleistä tilanyhtälöä edes):

Oletetaan että ollaan NTP- tilassa. Lieriön massa voidaan laskea riittävän tarkasti kertomalla alumiinin pinta-ala paksuudella ja kertomalla tämä alumiinin tiheydellä 2700 kg/m^3.

Lieriön pinta-ala (jos pohja puuttuu) on

A=A1+A2

A1= 2*pii*r*h
A2=pii*r^2

A= 3,1416 m^2 + 0,7854 m^2 = 3,927 m^2

Alumiinin tilavuus on siis

V=A*w=3,927 m^3 * 0,05*10^-3 m = 1,9635*10-4 m^3

(w=width=paksuus)

Tämän alumiinimäärän massa on siis tosiaan tuo

m=V*rho=1,9635*10-4 m^3 * 2700 kg/m^3 = 0,530 kg = 530 g

Koko pallon tilavuus on siis

V=pii*r^2*h=0,7854 m^3

Tämän suuruinen könttä NTP-ilmaa painaa

m = 1,293 kg/m^3 * 0,7854 m^3 = 1,016 kg

Yhteensä pallo ja sen sisältämä ilma saavat siis olla tuon massaiset. Pallon itsensä massa lienee helposti 600 g kun teipit lasketaan mukaan, joten lasketaan sillä arviolla. Kun pallo vie massasta 600 g, jäljelle jäävä ilma saa painaa vain noin 400 g, jotta saavutetaan neutraali noste.

Ilma pallon sisällä pysyy vakiopaineisena koko ajan, varsinkin jos pohja on avonainen; niinpä voidaan soveltaa suoraan isobaarista tilanyhtälöä

V1/T1=V2/T2

400 grammaa NTP-ilmaa täyttää tilan, joka on kooltaan

V1=m/rho=0,400 kg / 1,293 kg m^-3 = 0,3094 m^3

Halutaan siis tietää kuinka paljon tällaista ilmamäärää on lämmitettävä, jotta se täyttää pallon sisuksen (V2) normaalipaineessa.

Oletetaan aloituslämpötilaksi nolla Celsiusta kun NTP-oloissa heilutaan. Nyt meillä on neljän muuttujan yhtälössä kolme tiedossa; neljäs on helppo laskea.

T2=V2/V1 * T1 = 0,7854/0,3094 * 273 K = 693 K = 420 astetta Celsiusta.

Yleisesti tämän kokoisella pallolla neutraaliin nosteeseen vaadittava lämpötila on siis 2,5 kertaa ympäristön lämpötila kelvineissä.

Tohdin vain epäillä jottako ihan tavan pakkausteippi kestää moista lämpötilaa. Mutta vaadittava lämpötila tietenkin pienenee jonkin verran kun pallon kokoa kasvatetaan ja massan ja tilavuuden suhde pienenee.

Suosittelen jonkin verran isompaa lieriötä, ja pohjan kattamista. Laita sinne jonkunlainen venttiililäppä niin pallosta pääsee laajeneva ilma pois lämmittäessä. Avonainen pohja kuulostaa kamalan tehottomalta.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Vierailija
Herra Tohtori
A1= 2*pii*r*h

No katos prikuletta, unohtui kertoa kahdella tuossa minun laskussa. Hajamielissäni käytin siis tuota puolikasta metriä eli sädettä halkaisijan sijasta, mikä tulikin jo esille.

Muutenkin osoittautui huonoksi ideaksi, ellei sitten folio olekaan oletettua kevyempää. Folio on siitä hyvä, että se kestää lämpöä (ehkä vähän turhankin hyvin verrattuna teippiin tms) ja heijastaa sitä tehokkaasti.

Kotifolion paksuus liikkuu googlen mukaan yleensä 0,05 mm paikkeilla (mutu-seulaa käyttäen), mutta voihan tuo olla ohuempaakin. Sattuisiko jollain olemaan täysi foliorulla ja tarkka vaaka, jotta asian saisi selvitettyä?

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Hommaa jostain mikrometriruuvi. Tai leikkaa foliosta alue jonka pinta-alan tiedät tarkasti ja punnitse se, ei kannata koko rullaa alkaa punnita, sanoisin.

Jossakin askartelukirjassa oli ohjeet kuumailmapallon valmistamiseen silkkipaperisuikaleista liimaamalla. Lämmittäminen hoidettiin muistaakseni trasselitukkoa telineessä polttamalla.

Muista myös että folio sinällään ei ole hyvä eriste. Se johtaa lämpöä tehokkaasti, joten kun se kuumenee, se johtaa lämpöä pallon sisältä ulkoilmaan vallan mainiosti. Paperi on tässä mielessä parempi eriste.

Harhaluulo folion "lämpöeristävyydestä" johtuu siitä, että se heijastaa kyllä lämpöä erittäin tehokkaasti. Se toimii erittäin hyvin varsinaisen eristeen seurana esimerkiksi lämpöpohjallisen huopakerroksen alla. Se heijastaa lämpösäteilyn takaisin, ja huopa estää lämpöä johtumasta.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Vierailija
Älykääpiö
Lämmön lähteeksi kahvipaketin folio, sisältäen 2-4dl polttoainetta, suljet foliopaketin suun rautalangalla niin että siihen jää pieni hengitys reikä, paketin kiedot riepuun Esim. T-paita ja teet lämmönlähteelle sopivan kehikon.

Ennen lähetystä kastat vielä T-paidan polttoöljyyn ja tuikkaat tuleen, odotat pari minuuttia ja pallosi pyrkii jo taivaalle, sitten vaan katselet sitä kunnes se häviää kauas...


Kuulostaa muuten hyvältä, mutta luetunymmärryksessäni taitaa olla vikaa, koska sain tuosta sellaisen käsityksen, että foliopaketti laitetaan umpinaisena (sidottu rautalangalla) lämmittimeksi. Roihuavan rievun kuumentama lähes eristetty foliopakkaus täynnä polttoöljyä olisi ikävä saada naamalle.

Jacci
Seuraa 
Viestejä8
Liittynyt16.3.2005
Empiristi

Kotifolion paksuus liikkuu googlen mukaan yleensä 0,05 mm paikkeilla (mutu-seulaa käyttäen), mutta voihan tuo olla ohuempaakin. Sattuisiko jollain olemaan täysi foliorulla ja tarkka vaaka, jotta asian saisi selvitettyä?

Mikrometrilla mitattuna kahdeksankertaisen folion paksuus on 5 mittauksen keskiarvona 12/100mm, jolloin yksinkertaisen kotifolion paksuudeksi voisi arvioida 0,02mm.

Vierailija
Jacci
Empiristi

Kotifolion paksuus liikkuu googlen mukaan yleensä 0,05 mm paikkeilla (mutu-seulaa käyttäen), mutta voihan tuo olla ohuempaakin. Sattuisiko jollain olemaan täysi foliorulla ja tarkka vaaka, jotta asian saisi selvitettyä?



Mikrometrilla mitattuna kahdeksankertaisen folion paksuus on 5 mittauksen keskiarvona 12/100mm, jolloin yksinkertaisen kotifolion paksuudeksi voisi arvioida 0,02mm.

Hehe, taitaa mennä folion massa lähemmäksi alkuperäistä virheellisen laskun tulosta.

Vierailija
Herra Tohtori
Hommaa jostain mikrometriruuvi. Tai leikkaa foliosta alue jonka pinta-alan tiedät tarkasti ja punnitse se, ei kannata koko rullaa alkaa punnita, sanoisin.

Pakkauksessa on yleensä tarkka kuvaus foliomaton pituudesta ja leveydestä, ja heilahtelut saisi minimoitua käyttämällä suuren luokan mitattavia.

Herra Tohtori
Seuraa 
Viestejä2613
Liittynyt18.3.2005

Eikös siellä keskellä ole pahvirulla? Ainakin näin muistelisin...

Ei, paremmin onnistuu tekemällä mittaus toistokokeena pienemmillä paloilla. Esimerkiksi taittamalla pari kertaa ja mittaamalla eri paloja. Tai punnitsemalla samankokoisia paloja tarkalla vaa'alla.

Tietenkin sitten onnistuu jos foliorulla on kokonaan alumiinia.

Capito tutto, perchè sono uno
Persona molto, molto intelligente...

-Quidquid latine dictum sit, altum viditur.

If you stare too long into the Screen, the Screen looks back at you.

Vierailija
Herra Tohtori
Eikös siellä keskellä ole pahvirulla? Ainakin näin muistelisin...

Hylsyn voisi punnita loppuunkulutetusta rullasta, jos sitä ei saa repäistyä irti rullan sisältä. Minulla ei ole hajuakaan siitä, miksi keskustelen foliorullan punnitsemisvaihtoehdoista, mutta kaipa tämäkin on toimiva keino tappaa aikaa.

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat