[열역학] 열기구 원리

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- 열기구의 정의와 원리

기구(氣球-Balloon)란, 공기보다 비중이 가벼운 기체의 부력을 이용해서 하늘로 오르는 비행장치를 말한다. 기구의 종류에는 열기구, 가스기구, 로지에르기구 이렇게 세 가지가 있다.
그 중에 공기주머니 안에 있는 공기를 따뜻하게 데워 부양력을 얻는 기구를 열기구라 한다.

공기는 무게가 없는 것으로 느끼지만 실제로 1㎥의 공기 무게는 약 1.25kg이다. 그리고 여기에 열을 가하게 되면 공기분자의 활동이 활발해지고 밀도가 희박해져 일정부피의 공기무게는 가볍게 되고, 여기서 발생하는 주변공기와의 밀도차이에서 생성되는 부력으로 기구는 하늘을 나는 것이다.
예를 들어 보통 77 size 라고 하는 77.000 ft³(2180m³)의 3~4 인 승 기구내의 공기무게는 15 에서 2.6톤 가량이다. 그러나 이것을 100℃정도로 내부온도를 올리면 약 2톤으로 공기무게가 줄어들어 주변공기에 비해 0.6톤의 부력을 발생시킨다. (그림 참조)
열로 인하여 가벼워진 비중으로 뜨게 되는 열기구의 부피는 가스기구에 비하여 매우 크다. 즉, 수소나 헬륨의 밀도는 더워진 공기보다도 더 희박하기 때문에 동일 부력을 얻어내는 체적이 열기구에 비하여 훨씬 작다. 이런 이유로 같은 상승력을 얻기 위하여 열기구는 가스기구 보다 훨씬 크게 제작되어야 한다.

참고자료

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