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)文化娛樂生活方面的需求越來越大，而傳統(tǒng)的文化節(jié)日以及娛樂項(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。

● 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?，單位m/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)的空氣密度越來越小，所以浮力會(huì)越來越大，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使孔明燈飛起來。

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。

思路二，利用螺旋槳使孔明燈飛起來。

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程及螺旋槳孔明燈制作過程進(jìn)行創(chuàng)新改造，取代明火。

（二）安全性問題

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，電子孔明燈無疑是解決這一問題的良策，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)文化娛樂方式的熱愛，又可以有效的避免孔明燈的火災(zāi)隱患。

四、電子孔明燈銷售的市場(chǎng)預(yù)測(cè)

電子孔明燈自身具有制作成本費(fèi)用較高和制作過程較難的特點(diǎn)。一方面，對(duì)于孔明燈的出口商來說，倘若制作新型電子孔明燈，則需要購買其所需相關(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)致最終制作出來的孔明燈總體單價(jià)上升，那么較多的孔明燈銷售商則不會(huì)購進(jìn)或者購進(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)于銷售孔明燈的商家來說，由公式“營(yíng)業(yè)利潤(rùn)=營(yíng)業(yè)收入-營(yíng)業(yè)成本”可知，倘若銷售商進(jìn)購的孔明燈制作材料成本高，則商家售賣的單價(jià)也會(huì)隨之上漲，如果大部分購買者都承受不了價(jià)格較為高一點(diǎn)的電子孔明燈而選擇不購買這一商品，那么極易導(dǎo)致孔明燈銷售商的收入減少，甚至?xí)霈F(xiàn)銷售停滯或減少的情況，則又會(huì)進(jìn)一步影響銷售商的利潤(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)。

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