Une application de la loi de Charles est une montgolfière. Les montgolfières s'élèvent lorsque l'air qu'elles contiennent est chauffé par une torche, ce qui provoque le déplacement rapide des particules, puis leur dispersion.
La loi de Charles porte le nom de Jacques Charles, qui était un aéronaute vivant dans les années 1700. Charles a étudié la relation entre le volume de gaz et la température pour aider à faire monter les ballons. Charles a mené une série de ces expériences en 1787, mais elles n'ont jamais été officiellement publiées. Charles est crédité d'avoir mis à flot le premier ballon à hydrogène au-dessus de Paris, en France, en 1783. En l'honneur de ses réalisations, la loi de Charles porte son nom. La loi de Charles explique que le volume de gaz dans une zone donnée augmente à mesure qu'un gaz est chauffé et que sa pression reste constante. De même, la loi de Charles stipule qu'une diminution de la température entraîne une diminution du gaz.
Applications de la loi de Charles
Les montgolfières, qui dépendent de carburants chauffés pour s'élever, sont une application de la loi de Charles. Lorsque les particules de gaz dans une montgolfière sont chauffées, elles se répandent et se déplacent plus rapidement, ce qui signifie que les gaz se dilatent et prennent plus de place. Cette augmentation de l'activité crée l'énergie dont les ballons ont besoin pour s'élever du sol, car les ballons deviennent moins denses que l'air qui les entoure. La diminution de la densité du ballon le fait flotter, et inversement, une augmentation de la densité du ballon entraîne son dégonflage et son retour au sol.
Composition des montgolfières
La plupart des montgolfières sont en nylon. Ce tissu est léger et est généralement renforcé de polyuréthane, ce qui rend les ballons hermétiques et aide à les protéger des rayons ultraviolets (UV) nocifs du soleil. Les montgolfières montent lorsque l'air dans le sac en nylon, ou enveloppe, est chauffé. Les ballons descendent lorsque l'air de l'enveloppe est évacué par le haut. Les ballons ont une construction relativement simple. Ils sont exploités à l'aide d'un altimètre qui mesure l'altitude, d'une jauge de température et d'une enveloppe de taux de montée. Les montgolfières varient en taille. Les ballons de sport, qui sont la variété la plus courante et la plus populaire, ont un diamètre de 55 pieds et une hauteur d'environ 70 pieds, ce qui équivaut à environ sept étages. Les ballons de sport sont fabriqués avec environ 1 075 mètres carrés de nylon. Cela se traduit par plus de trois miles de tissu en nylon. Environ un demi-mile de matériau renforcé est utilisé pour maintenir les enveloppes solidement ensemble. Les ballons de sport, une fois gonflés, peuvent contenir plus de 62 000 boisseaux de pommes et un peu moins de 580 000 gallons d'eau. Les montgolfières peuvent transporter de trois à quatre personnes.
Comment fonctionnent les montgolfières
Les ballons sont allumés avec du gaz propane liquide ou GPL. Leurs réserves de carburant sont réparties soit entre deux réservoirs, soit entre trois réservoirs. Les ballons avec deux réservoirs transportent 40 gallons de carburant, qui sont répartis entre deux réservoirs de 20 gallons. Les ballons plus petits transportent 30 gallons de GPL, qui sont répartis entre trois réservoirs de 10 gallons chacun. Le propane est choisi comme combustible de choix parce qu'il brûle rapidement et efficacement, mais il est également prévisible et stable. Les ballons transportent du GPL sous forme liquide, et le GPL est alimenté par des tuyaux pour allumer les ballons. Sur un temps de vol de 45 minutes à une heure, les ballons brûleront environ 20 à 30 gallons de carburant. Pour des raisons de sécurité, de nombreux ballons sont également équipés d'un système de carburant indépendant qui peut faire fonctionner le ballon si le système de carburant principal s'épuise ou tombe en panne.
