孔明灯的原理是什么?孔明灯为什么能飞起来？

孔明灯的原理与热气球的原理相同，皆是利用热空气之浮力使球体升空。可用阿基米德原理来解释：当物体与空气同体积，而重量(密度)比空气小时就可飞起，此与水之浮力的道理是相同的。将球内之空气加热，球内之一部份空气会因空气受热膨胀而从球体流出，使内部空气密度比外部空气小，因此充满热空气之球体就会飞起来。

孔明灯又叫天灯，俗称许愿灯，又称祈天灯。是一种古老的汉族手工艺品，在古代多做军事用途。现代人放孔明灯多作为祈福 之用。男女老少亲手写下祝福的心愿，象征丰收成功，幸福年年。一般在元宵节，中秋节等重大节日施放。
相传五代（公元907～960）时，有一个莘七娘，随丈夫在福建打仗时，她曾用竹篾扎成方架，糊上纸，做成大灯，底盘上放置燃烧着的松脂，灯就靠热空气飞上天空，用作军事联络信号。这种松脂灯，在四川称孔明灯。这种灯笼的外形像诸葛亮 戴的帽子，因而得名。
另一种说法是相传是由三国时的诸葛亮所发明。当年，诸葛亮被围困于平阳，无法派兵出城求救。孔明算准风向，制成会飘浮的纸灯笼，系上求救的讯息，其后果然脱险，于是后世就称这种灯笼为孔明灯。
 

一、孔明灯自身的结构

孔明灯看着体积很大，但实际上质量却非常的轻巧，大部分时候，都是用薄薄的纸，糊在了孔明灯的外层，使得孔明灯的内部有着足够的空间。 而且轻巧的质量，以及巨大的外形，为孔明灯的腾空，提供了非常有利的条件。这是孔明灯，能够升空一个重要的原因。 即便是在没有火焰的情况下，只要将孔明灯，置于风口处，也很容易就让它飞起来。或者是随着风力，而四处飘荡。

二、内置火焰加热空气在孔明灯的内部，有一个一直燃烧的火焰，通过火焰的作用，使得孔明灯周围的空气被加热。在这样的情况下，热空气就会向上升，而冷空气则会下沉。 而孔明灯半封闭的灯罩，就能够很好地将这些热量聚集起来；为整个孔明灯，产生一定的浮力，使得孔明灯，能够顺利地飘起来。 但这种浮力，却会因为内部火焰的燃料耗尽，而出现浮力不足以支撑重力的情况。这样情况下，孔明灯也就会慢慢地降落下来，又落回到地面上。

孔明灯起飞条件

孔明灯“会飞”原因是：燃料燃烧使周围空气温度升高，密度减小上升，从而排出孔明灯中原有空气，使自身重力变小，空气对它的浮力把它托了起来。

由浮沉条件可知，只有满足：
F浮>G总=G热空气+G灯
即：G灯<F浮-G热空气
时它才能上升，由此可知它的自重(包括外壶燃料的重力)要很轻才能起飞，轻到什么程度呢？
G灯<F浮-G热空气=ρ空气gV排-ρ热空气gV，
G灯<(ρ空气-ρ热空气)gV排，
m灯<(ρ空气-ρ热空气)V排， (1)
空气的密度可由理想气体状态方程得出。
把(2)式代入(1)式可得
把(2)式代入(1)式可得
可见其能否起飞由灯质量和气温、热空气温度和孔明灯容积共同决定。
具体数据估算如下：
设当天气温：T空气=300K(27℃)；大气压强：1标准大气压，p=1.01325×105Pa；孔明灯容积：V容=V排=0.2m×0.25m×0.4m=2×10-2m3；加热后的空气温度：T热空气=500K(227℃)；ρ空气=0.029kg/mol.代入(3)式得：
在上述条件下孔明灯总质量在9.44g时，当热空气温度升到227℃时上升。
假设在上述条件下把孔明灯质量减轻成m灯=4g=4×10-3kg，由(3)式变形并代入数据得：
即热空气温度只要升高到88℃，孔明灯即可上升。
仍按上述条件，若孔明灯质量
即m灯≥23.56g，则无论热空气温度升到多高也飞不起来。
由上面分析可知孔明灯要起飞，它的质量不能超过一定值，而且质量越小所需热空气温度越低，也就越容易起飞。