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      電子孔明燈

      2019-07-05 18:43:32曾圓秋鄧艷輝吉榮斌朱雅琴
      智富時(shí)代 2019年5期
      關(guān)鍵詞:優(yōu)點(diǎn)原理

      曾圓秋 鄧艷輝 吉榮斌 朱雅琴

      【摘 要】傳統(tǒng)孔明燈作為一種傳統(tǒng)文化在一定的節(jié)日進(jìn)行燃放,雖然是一種傳統(tǒng)文化的繼承表現(xiàn),但是它也會(huì)給環(huán)境帶來(lái)不同程度的污染,甚至是一定程度上的災(zāi)害。本文針對(duì)于傳統(tǒng)孔明燈是否可進(jìn)行改良的方面來(lái)進(jìn)一步了解傳統(tǒng)孔明燈的制作原理及電子孔明燈的設(shè)計(jì)思路,并提出電子孔明燈的優(yōu)點(diǎn)。

      【關(guān)鍵詞】電子孔明燈;原理;優(yōu)點(diǎn)

      一、引言

      隨著改革開(kāi)放的深入發(fā)展,我國(guó)人民生活水平的不斷提高,人們的消費(fèi)觀念和方式發(fā)生了很大變化,人們的消費(fèi)水平逐年提高,人們對(duì)文化娛樂(lè)生活方面的需求越來(lái)越大,而傳統(tǒng)的文化節(jié)日以及娛樂(lè)項(xiàng)目成為了人們文化生活的重要組成部分。放孔明燈是一種漢族民俗文化,在中國(guó)的許多地區(qū)都有這個(gè)節(jié)日習(xí)俗。但是目前市場(chǎng)上的孔明燈一般用一張薄薄的紙張封閉,底部用鐵絲固定一塊蠟塊,燃燒后,燈體內(nèi)充滿熱空氣,孔明燈便會(huì)升空,其外焰溫度可達(dá)300℃,存在嚴(yán)重的火災(zāi)隱患,雖然孔明燈升空燃燒一段時(shí)間后,內(nèi)部的火焰會(huì)自然熄滅,但在升空時(shí)極易受到風(fēng)的影響,導(dǎo)致?lián)u擺引燃紙罩,容易引發(fā)火災(zāi)事故,因此,從2009年開(kāi)始,國(guó)內(nèi)多個(gè)城市就明令禁止燃放孔明燈。

      冬春用火不慎引發(fā)火災(zāi)的比例高于夏秋,玩火(主要為燃放煙花,放孔明燈)引發(fā)的火災(zāi)多集中于春節(jié)所在的2月份。

      基于以上背景,我們提出了電子孔明燈的設(shè)計(jì)。

      二、原理分析及其制作過(guò)程

      (一)傳統(tǒng)孔明燈

      利用熱空氣的浮力使孔明燈升空,用阿基米德原理解釋,當(dāng)物體和空氣同體積而重量比空氣小的時(shí)候就會(huì)飛起,這和水的浮力道理是相同的。把球內(nèi)的空氣加熱,球內(nèi)一部分空氣會(huì)因?yàn)榭諝馐軣崤蛎浂鴱那蝮w流出使內(nèi)部空氣密度比外部空氣小,所以充滿熱空氣之后,孔明燈就會(huì)飛起來(lái)。

      ● 1:理想氣體狀態(tài)方程式(克拉伯龍方程)

      pV=(mRT/M)=nRT

      p為氣體壓強(qiáng),單位Pa。V為氣體體積,單位m3。n為氣體的物質(zhì)的量,單位為mol。T為體系溫度,單位K。R是氣體常量(比例常數(shù))單位是J/(mol·K)

      ● 2:密度計(jì)算公式

      ρ=m/V

      推導(dǎo)得出ρ=p/RT,所以氣體的溫度越高它的密度越小。

      ● 3:浮力公式

      F浮=ρgV

      ρ為原有氣體密度,單位kg/m3。g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋瑔挝籱/s2。V為體積,單位m3。

      當(dāng)F浮-G球體-G空氣=ma>0時(shí),即(ρ空氣-ρ熱空氣)Vg-mg=ma>0

      孔明燈就會(huì)上升。

      ● 4:空氣阻力公式

      F阻=1/2CρsV2

      C為空氣阻力系數(shù),也稱風(fēng)阻系數(shù),ρ為空氣密度,S物體迎風(fēng)面積,V為物體與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。

      綜上所述,當(dāng)孔明燈內(nèi)的溫度逐漸升高時(shí),其體內(nèi)的空氣密度越來(lái)越小,所以浮力會(huì)越來(lái)越大,當(dāng)其大于燈體本身以及體內(nèi)空氣總重力時(shí),孔明燈會(huì)上升。上升過(guò)程中存在阻力,由阻力公式可知當(dāng)速度達(dá)到一定程度時(shí),孔明燈會(huì)勻速上升,或其他請(qǐng)況(取決于當(dāng)時(shí)的天氣請(qǐng)況。)

      (二)電子孔明燈的設(shè)計(jì)思路

      思路一:利用氦氣代替熱空氣來(lái)使孔明燈飛起來(lái)。

      ρ氦氣=0.1786g/Lρ空氣=1.29g/L

      由上文中3可得(ρ空-ρ氦)Vg-mg=ma

      (1.1114g/L)Vg-mg=ma

      所以燈體每一升的體積會(huì)提供燈體1.1114g的重量所需的浮力。當(dāng)體積越大時(shí),浮力越大,升力也就越大,我們估計(jì)我們所制作的燈體重量約為十克,那么就需要十升左右的氦氣才可飛起來(lái)。

      思路二,利用螺旋槳使孔明燈飛起來(lái)。

      所需的材料有,電池,LED小燈泡,閉封的燈體,導(dǎo)線。

      ● 5:螺旋槳升力公式

      升力=槳直徑ⅹ螺距ⅹ槳寬度ⅹ轉(zhuǎn)速ⅹ大氣壓(標(biāo)壓)ⅹ經(jīng)驗(yàn)系數(shù)(0.25)

      因?yàn)榇朔N燈體所用器件材料多,所以它的重量是很大的,所以它需要的螺旋槳的葉片面積很大,螺旋槳的功率要求很高,所投入的成本很大。再者,如若模型真能制作成功,當(dāng)它起飛上升時(shí),所克服的空氣阻力由◎4可知,會(huì)越來(lái)越大,隨之功率會(huì)增加,電池的耗電量上升,而電池的容量有限,所以估計(jì)它不會(huì)在空中停留太長(zhǎng)時(shí)間。所以我們認(rèn)為此種方案可行度幾乎為零,故將其放棄。

      三、電子孔明燈的優(yōu)勢(shì)

      (一)可行性分析

      目前,市場(chǎng)上的孔明燈利用燃燒產(chǎn)生的熱空氣造成內(nèi)外壓強(qiáng)差原理升空,而電子孔明燈利用氦氣球的原理制作過(guò)程及螺旋槳孔明燈制作過(guò)程進(jìn)行創(chuàng)新改造,取代明火。

      (二)安全性問(wèn)題

      傳統(tǒng)孔明燈外焰溫度可達(dá)300℃,存在嚴(yán)重的火災(zāi)隱患,雖然孔明燈升空燃燒一段時(shí)間后,內(nèi)部的火焰會(huì)自然熄滅,但在升空時(shí)極易受到風(fēng)的影響,導(dǎo)致?lián)u擺引燃紙罩,容易引發(fā)火災(zāi)事故,電子孔明燈無(wú)疑是解決這一問(wèn)題的良策,它的創(chuàng)新之處在于采用電子發(fā)光裝置取代傳統(tǒng)的明火,避免了引發(fā)火災(zāi),影響重要設(shè)施的安全。既可以滿足人們放孔明燈許心愿這一傳統(tǒng)文化娛樂(lè)方式的熱愛(ài),又可以有效的避免孔明燈的火災(zāi)隱患。

      四、電子孔明燈銷(xiāo)售的市場(chǎng)預(yù)測(cè)

      電子孔明燈自身具有制作成本費(fèi)用較高和制作過(guò)程較難的特點(diǎn)。一方面,對(duì)于孔明燈的出口商來(lái)說(shuō),倘若制作新型電子孔明燈,則需要購(gòu)買(mǎi)其所需相關(guān)材料,但是由于電子孔明燈所需要的材料成本比較高,所以導(dǎo)致最終制作出來(lái)的孔明燈總體單價(jià)上升,那么較多的孔明燈銷(xiāo)售商則不會(huì)購(gòu)進(jìn)或者購(gòu)進(jìn)極少量的貨物。同時(shí),這也會(huì)導(dǎo)致孔明燈的出口商出現(xiàn)孔明燈存貨量增加的現(xiàn)象,進(jìn)一步地影響壞賬的逐漸增加和產(chǎn)生不必要的積壓貨物成本。對(duì)于銷(xiāo)售孔明燈的商家來(lái)說(shuō),由公式“營(yíng)業(yè)利潤(rùn)=營(yíng)業(yè)收入-營(yíng)業(yè)成本”可知,倘若銷(xiāo)售商進(jìn)購(gòu)的孔明燈制作材料成本高,則商家售賣(mài)的單價(jià)也會(huì)隨之上漲,如果大部分購(gòu)買(mǎi)者都承受不了價(jià)格較為高一點(diǎn)的電子孔明燈而選擇不購(gòu)買(mǎi)這一商品,那么極易導(dǎo)致孔明燈銷(xiāo)售商的收入減少,甚至?xí)霈F(xiàn)銷(xiāo)售停滯或減少的情況,則又會(huì)進(jìn)一步影響銷(xiāo)售商的利潤(rùn)。

      基于以上對(duì)相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行分析的情況表明新型電子孔明燈的銷(xiāo)售市場(chǎng)并不是十分理想,仍然存在許多不可避免的風(fēng)險(xiǎn)。

      【參考文獻(xiàn)】

      [1]校書(shū)俊.自制“孔明燈”[J].人生與伴侶,2016(12).

      [2]常迎虎.安全型孔明燈[J].發(fā)明與創(chuàng)新,2016(8).

      [3]席永君,等.孔明燈空中的祈愿[J].中國(guó)西部,2014(5).

      [4]焦玉潔,徐旺.臺(tái)灣省新北市孔明燈治理的經(jīng)驗(yàn)啟示[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2018(14).

      [5]李榮金.環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)問(wèn)題及對(duì)策分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2017(17).

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