天燈是怎麼升空的

96/08/29 24955

東森電視「科學大解碼」製作小組｜

鬼月到了，一連串普渡的習俗也隨之展開，重頭戲之一，就是放天燈。天燈的由來可以追溯到三國時代的諸葛孔明，而天燈升空背後的科學原理，則來自於古希臘時代的科學家，阿基米德。

如果各位常看電影，一定會看到那個投石器，那是槓桿運用的一種。那個投石器呢，據說，就是阿基米德發明的。

除了發現槓桿原理的利用之外，阿基米德另一個重要成就，就是浮力原理。所謂的「阿基米德浮力原理」指的是「物體在液體中所受到的浮力和它所排出的液重相等；而決定其沈或浮的關鍵，則在密度。物體的密度比液體大的就下沈，物體的密度比液體小的就上浮。」這樣的發現，讓人們首次注意到密度的重要。

任何一種物質，其實它都有一個特定的密度。水有水的密度，空氣有空氣的密度，那阿基米德這個浮力的原理，基本上告訴我們一個方法來測量所有的物質的密度。

回過頭來討論天燈升空的例子。和阿基米德的液體實驗不同，這次的主角，是氣體。在尚未加熱前，天燈裡的空氣和外面的大氣完全一樣。加熱之後，天燈裡的空氣受熱膨脹，很快的，天燈就裝不下這麼多膨脹的空氣分子。多餘的空氣分子於是跑出天燈外，質量減少。密度等於質量除以體積，體積不變，質量減小，天燈裡的空氣密度便跟著變小，天燈也就因此冉冉升空。體積小的天燈大概得加熱個幾分鐘就能產生浮力，可以載人的熱氣球，需要的時間就更多，但兩者同樣都是利用加熱，來使得內部空氣密度變的比外部的空氣密度小。至於同樣能升空的氦氣氣球，跟天燈則有異曲同工之妙。

氦氣（單分子氣體）本身，它的分子，它原子的質量，就比空氣來得小，所以呢，上升的浮力跟氦氣的重量來比，浮力比較大，所以氦氣的氣球就會往上升。

不管是祈福的天燈，還是象徵喜樂和平的氣球，除了感性的意義之外，背後更有其精準的科學原理。從另一個角度看民間習俗，也多了一種樂趣。

資料來源

原標題：天燈靠啥飛？
2007年東森電視台《科學大解碼》第一期

密度(13) 阿基米德(11) 氦氣(1) 浮力原理(1)

天燈是怎麼升空的

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