열기구의 원리에 대해 궁금합니다.

Question

안녕하세요.

만화, 영화에서 열기구가 하늘에 뜨는 장면을 볼 수 있는데요

커다란 풍선같은 공간에 뜨거운 열을 가해서 하늘을 띄우잖아요

이게 기체와 열의 어떤 과학적 원리가 있는건가요?

알려주시면 감사하겠습니다.

Answer 1

안녕하세요. 홍기윤 과학전문가입니다.

열기구의 원리는 샤를의 법칙(압력이 일정할때 온도와 부피는 비례한다)에 따른 것인데요. 열기구 내부에 열을 가하면 열기구안의 공기 운동이 활발해져 기구내의 공기 밀도가 낮아져(부피는 커집니다) 열기구가 위로 상승하게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 잠자는새리 과학전문가입니다.

뜨거운 공기가 위로 올라가는 성질을 이용하는 것이고,

열기구 풍선을 계속 가열하게 되면 가열된 공기는 가벼워져서 위로 올라가게 되고,

열기구 풍선을 서서히 들어 올리게 된다. 뜨거운 열기가 계속 주입하게 되면

공기주머니에 부력(떠오르게 하는 힘)이 생겨 열기구를 들어 올리는 것이다.

Answer 3

안녕하세요. 황석현 과학전문가입니다.

헬륨풍선이 공중에 뜨는 이유는 공기의 비중보다 헬륨의 비중이 낮기 때문입니다. 공기에 열을 가하면 질량은 변하지 않지만, 분자의 운동성이 높아져 부피가 증가합니다. 질량은 그대론데 부피가 증가한다면 자연스럽게 비중또한 낮아지게 됩니다. 따라서 찬공기보다 낮은 비중을 갖게되어 열기구가 뜨게 됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 따뜻한 공기가 상승하는 이유는 열에 의해 부피가 팽창하면서 밀도가 낮아지기 때문입니다. 샤를의 법칙에 따르면 1도 온도가 올라가면 기체의 부피는 1/273만큼 커지게 됩니다. 부피가 커졌지만 분자량은 그대로이니 밀도가가 낮아지게 되는 것이죠.