Как Работают Гелиевые Шары

{h1}

Гелиевые шарики имеют тенденцию очаровывать взрослых и детей (и это не только голос дональда дака, хотя это большая ничья). Узнайте все о гелии и почему он плавает!

В гелиевых шарах есть что-то невероятно аккуратное! Если вы купите один в цирке или ярмарке, вы можете держать его за веревку, и он будет кататься над вами. Если вы отпустите строку, она улетит, пока вы ее больше не увидите.

Если бы вы когда-нибудь задумывались Почему он улетает, потом читай дальше. В этом выпуске Как это работает, вы узнаете все о гелии!

Плавающий в целом

Пока гелий и воздушный шар легче воздуха, который он вытесняет, воздушный шар будет плавать в воздухе.

Пока гелий и воздушный шар легче, чем воздух, который он вытесняет, воздушный шар будет плавать в воздухе.

Большинство из нас чувствуют себя комфортно, думая о чем-то, что плавает в воде. Мы видим, что это происходит каждый день. На самом деле, люди сами плавают в воде, поэтому у нас есть способ непосредственно испытать водную флотацию. Причина, по которой вещи плавают в воде, относится и к воздуху, поэтому давайте начнем с понимания флотации воды.

Допустим, вы берете пластиковую бутылку содовой емкостью 1 литр, выливаете из нее безалкогольный напиток, надеваете на него крышку (так что у вас есть запечатанная бутылка, наполненная воздухом), обвяжите ее веревкой, как если бы вы воздушный шар и нырните на дно глубокого конца бассейна с ним. Поскольку бутылка наполнена воздухом, вы можете себе представить, что у нее будет сильное желание подняться на поверхность. Вы можете сесть на дно бассейна, держа его за нитку, и он будет действовать так же, как гелиевый шарик в воздухе. Если вы отпустите струну, бутылка быстро поднимется на поверхность воды.

Причина, по которой эта бутылка с газировкой «баллон» хочет подняться в воду, заключается в том, что вода - это жидкость, а 1-литровая бутылка вытесняющая один литр этой жидкости. Бутылка и воздух в ней весят, пожалуй, максимум унцию (1 литр воздуха весит около грамма, а бутылка очень легкая). Однако литр воды, которую он вытесняет, весит около 1000 грамм (2,2 фунта или около того). Поскольку вес бутылки и ее воздуха меньше, чем вес вытесняемой воды, бутылка плавает. Это закон плавучесть.

Гелиевая флотация

Как работают гелиевые шары: шары

Гелиевые шарики работают по тому же закону плавучесть, В этом случае гелиевый шарик, который вы держите за веревку, плавает в «луже» воздуха (когда вы стоите под водой на дне бассейна, вы стоите в «луже воды», возможно, на глубине 10 футов - - когда вы стоите на открытом поле, вы стоите на дне «лужи воздуха», глубина которой много миль). Гелиевый баллон вытесняет количество воздуха (так же, как пустая бутылка вытесняет количество воды). Пока гелий и воздушный шар легче, чем воздух, который он вытесняет, воздушный шар будет плавать в воздухе.

Оказывается, гелий намного легче воздуха. Разница не так велика, как между водой и воздухом (литр воды весит около 1000 граммов, а литр воздуха весит около 1 грамма), но она значительна. Гелий весит 0,1785 грамм на литр, Азот весит 1,2506 грамма на литр, а поскольку азот составляет около 80 процентов воздуха, которым мы дышим, 1,25 грамма является хорошим приближением к весу литра воздуха.

Следовательно, если вы заполните 1-литровую бутылку содовой, полную гелия, бутылка будет весить примерно на 1 грамм меньше, чем та же бутылка, наполненная воздухом. Звучит не так много - сама бутылка весит больше грамма, поэтому она не будет плавать. Однако в больших объемах разница в 1 грамм на литр воздуха и гелия действительно может возрасти. Это объясняет, почему дирижабли и воздушные шарики, как правило, довольно большие - они должны перемещать много воздуха, чтобы плавать. Следующая диаграмма показывает разные грузоподъемность разных объемов гелия:

Как работают гелиевые шары: гелиевые

Воздушный шар диаметром 100 футов может поднять 33 000 фунтов! Вот как можно определить грузоподъемность гелия в сферическом гелиевом баллоне:

  1. Определите объем баллона. Объем сферы 4/3 * пи * р3где r - радиус воздушного шара. Поэтому сначала определите радиус сферы (радиус равен половине диаметра). Куб радиус (умножить его на себя дважды: r * r * r), умножить на 4/3, а затем умножить на Pi. Если вы измеряете свой баллон в футах, это дает вам объем баллона в кубических футах.
  2. Один кубический фут гелия поднимется примерно на 28,2 грамма, поэтому умножьте объем баллона на 28,2.
  3. Разделите на 448 - количество граммов в фунте - чтобы определить, сколько фунтов он может поднять.

Так, например, 20-футовый воздушный шар имеет радиус 10 футов. 10 * 10 * 10 * 3,14 * 4/3 = 4 186 кубических футов объема. 4186 кубических футов * 28,2 грамма / кубический фут = 118 064 грамма. 118 064 г / 448 г на фунт = 263 фунта подъемной силы.

Хотя больше не используется, водородные шары когда-то были довольно популярны. Водород весит всего 0,08988 грамм на литр. Тем не менее, он легко воспламеняется, поэтому малейшая искра может вызвать огромный взрыв.

Так почему же гелий и водород намного легче воздуха? Это потому, что атомы водорода и гелия легче атома азота. У них меньше электронов, протонов и нейтронов, чем у атомов азота, и это делает их легче (приблизительный атомный вес водорода равен 1, гелия равен 4, а азота - 14). Приблизительно одинаковое количество атомов каждого из этих элементов занимает примерно одинаковое количество пространства. Следовательно, газы из более легких атомов легче.

Горячий воздух

А как насчет воздушных шаров? Они работают по схожим принципам. Если вы нагреваете газ, он расширяется. В случае воздушного шара с горячим воздухом, когда газ внутри баллона расширяется, дополнительный газ выталкивается из нижней части баллона, что означает, что внутри баллона меньше атомов, а это означает, что воздух в баллоне легче воздуха вне воздушного шара.

Количество грузоподъемность контролируется тем, насколько горячий воздух. Если вы нагреете воздух внутри баллона на 100 градусов F горячее, чем температура наружного воздуха, то воздух внутри баллона будет примерно на 25 процентов легче воздуха за пределами баллона. Таким образом, кубический фут воздуха весит около 35 граммов при 32 градусах по Фаренгейту. Кубический фут горячего воздуха при 132 градусах по Фаренгейту будет весить на 25 процентов меньше, или около 26,5 грамма. Разница составляет 8,5 грамм или около того. Таким образом, воздушный шар должен быть намного больше, чтобы выдержать тот же вес, но он будет плавать, потому что горячий воздух легче, чем холодный.

Вы можете понять, сколько воздуха сжимается и расширяется при изменении его температуры, выполнив следующий эксперимент:

  1. Возьмите две сумки Ziplock (размером 1 галлон) и взорвите их (вы можете сделать это, застегнув молнию на сумку, а затем расправив маленькое отверстие на одном конце молнии). Взрывайте каждую сумку как воздушный шар и запечатывайте ее, удерживая давление на последнем вдохе. Вы хотите, чтобы эти сумки были полными - вы хотите, чтобы пластмасса на обеих надутых сумках была напряженной.
  2. Теперь оставьте сумки на прилавке на пару минут и остудите. Вы накачали в них воздух на 98,6 градусов по Фаренгейту, и вы хотите, чтобы температура упала до комнатной температуры. Мешки, вероятно, станут немного менее напряженными в процессе охлаждения (имеет смысл...), поэтому добавьте еще один поток воздуха, чтобы сделать их снова напряженными.
  3. Теперь положите одну из сумок в морозильник примерно на три минуты, а другую оставьте на прилавке. Когда вы возьмете сумку в морозильнике, она немного сдует. Сколько? Примерно на 10-15 процентов. Он сдулся, потому что более холодный воздух плотнее, чем теплый воздух. Сравните холодную сумку с сумкой на прилавке - холодная сумка не будет напряженной вообще. Затем, когда согреется холодная сумка, произойдет забавная вещь - она ​​снова станет напряженной и вернется к своему первоначальному размеру!

Вы можете ясно видеть, что более теплый воздух занимает больше места, чем более холодный воздух. Таким образом, теплый воздух легче, чем холодный, и именно поэтому воздушный шар плавает!

Для получения дополнительной информации о воздушных шарах нажмите здесь, чтобы получить коллекцию ссылок, и посмотрите, как работают воздушные шары!

Откуда приходит гелий

Если вы поместите гелий в воздушный шар и отпустите воздушный шар, он поднимется, пока не лопнет. Когда он вылетает, у гелия, который уходит, нет причины останавливаться - он просто продолжает двигаться и утекает в космос.

Поэтому в атмосфере очень мало гелия в любой момент времени. Там находится гелий альфа-частицы испускаемый радиоактивным распадом (подробности альфа-распада см. в разделе «Как работает ядерное излучение»). В местах, где много урановой руды, природный газ имеет тенденцию содержать высокие концентрации гелия (до 7 процентов). Это имеет смысл, так как при распаде урана испускается много альфа-частиц, а карман для природного газа, как правило, представляет собой герметичный контейнер под землей. Гелий подвергается криогенной дистилляции из природного газа для производства гелия, который мы помещаем в воздушные шары.

Чтобы узнать больше о гелии и связанных с ним темах, ознакомьтесь со ссылками на следующей странице!





RU.WordsSideKick.com
Все права защищены!
Перепечатка материалов разрешена только с простановкой активной ссылки на сайт RU.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RU.WordsSideKick.com