Wie Heliumballons Funktionieren

{h1}

Heliumballons faszinieren erwachsene und kinder gleichermaßen (und das ist nicht nur die donald duck-stimme, auch wenn dies ein großer anziehungspunkt ist). Erfahren sie alles über helium und warum es schwimmt!

Heliumballons haben etwas sehr Ordentliches! Wenn Sie eine im Zirkus oder auf der Messe kaufen, können Sie die Schnur halten und sie wird über Ihnen mitfahren. Wenn Sie die Schnur loslassen, fliegt sie weg, bis Sie sie nicht mehr sehen können.

Wenn Sie sich jemals gefragt haben Warum es fliegt weg, dann lesen Sie weiter. In dieser Ausgabe von Wie Dinge funktionierenerfahren Sie alles über Helium!

Floating im Allgemeinen

Solange das Helium und der Ballon leichter sind als die Luft, die es verdrängt, schwebt der Ballon in der Luft.

Solange das Helium und der Ballon leichter sind als die Luft, die es verdrängt, schwebt der Ballon in der Luft.

Die meisten von uns fühlen sich wohl mit der Idee, dass etwas im Wasser schwimmt. Wir sehen das jeden Tag. In der Tat schwimmen die Menschen selbst im Wasser, so dass wir die Möglichkeit haben, Wasserflotation direkt zu erleben. Der Grund, warum Dinge im Wasser schweben, gilt auch für die Luft. Beginnen wir also mit dem Verständnis der Wasserflotation.

Nehmen wir an, Sie nehmen eine 1-Liter-Plastikflasche aus Soda, leeren das darin enthaltene Erfrischungsgetränk aus, setzen die Kappe wieder auf (damit Sie eine mit Luft gefüllte Flasche haben), binden Sie eine Schnur um, wie Sie es auch tun würden Ballon und tauchen damit bis zum unteren Ende des Schwimmbeckens. Da die Flasche mit Luft gefüllt ist, können Sie sich vorstellen, dass sie den Wunsch hat, an die Oberfläche zu steigen. Sie können auf dem Boden des Beckens sitzen und die Schnur halten, und sie wird sich wie ein Heliumballon in Luft verhalten. Wenn Sie die Schnur loslassen, steigt die Flasche schnell an die Wasseroberfläche.

Der Grund dafür, dass diese Soda-Flasche "Ballon" im Wasser steigen möchte, ist, dass Wasser eine Flüssigkeit ist und die 1-Liter-Flasche verdrängen ein Liter dieser Flüssigkeit. Die Flasche und die Luft wiegen vielleicht höchstens ein Unze (1 Liter Luft wiegt etwa ein Gramm, und die Flasche ist auch sehr leicht). Der verdrängte Liter Wasser wiegt jedoch etwa 1.000 Gramm. Da das Gewicht der Flasche und ihrer Luft geringer ist als das Gewicht des Wassers, das sie verdrängt, schwimmt die Flasche. Das ist das Gesetz von Auftrieb.

Heliumflotation

Wie Heliumballons funktionieren: heliumballons

Heliumballons arbeiten nach demselben Gesetz Auftrieb. In diesem Fall schwebt der Heliumballon, den Sie an einer Schnur halten, in einem "Pool" mit Luft (wenn Sie am Boden eines Pools unter Wasser stehen, stehen Sie in einem "Pool von Wasser", vielleicht 5 Meter tief). - Wenn Sie auf einem offenen Feld stehen, stehen Sie am Boden eines "Luftmeeres", der viele Meilen tief ist. Der Heliumballon verdrängt eine Luftmenge (genau wie die leere Flasche eine Wassermenge verdrängt). Solange das Helium und der Ballon leichter sind als die Luft, die es verdrängt, schwebt der Ballon in der Luft.

Es stellt sich heraus, dass Helium viel leichter als Luft ist. Der Unterschied ist nicht so groß wie zwischen Wasser und Luft (ein Liter Wasser wiegt etwa 1.000 Gramm, während ein Liter Luft etwa 1 Gramm wiegt), ist aber erheblich. Helium wiegt 0,1785 Gramm pro Liter. Stickstoff wiegt 1,2506 Gramm pro Liter, und da Stickstoff etwa 80 Prozent der Luft ausmacht, die wir atmen, sind 1,25 Gramm eine gute Näherung für das Gewicht eines Liters Luft.

Wenn Sie also eine 1-Liter-Soda-Flasche mit Helium füllen, würde die Flasche etwa 1 Gramm weniger wiegen als die gleiche mit Luft gefüllte Flasche. Das hört sich nicht nach viel an - die Flasche selbst wiegt mehr als ein Gramm, schwimmt also nicht. In großen Mengen kann sich jedoch der Unterschied zwischen Luft und Helium um 1 Gramm pro Liter addieren. Dies erklärt, warum Luftschiffe und Ballons im Allgemeinen recht groß sind - sie müssen viel Luft verdrängen, um schweben zu können. Das folgende Diagramm zeigt die Unterschiede Hebekapazitäten von verschiedenen Volumen von Helium:

Wie Heliumballons funktionieren: heliumballons

Ein Ballon mit einem Durchmesser von 100 Fuß kann 33.000 Pfund heben! So können Sie die Tragfähigkeit des Heliums in einem kugelförmigen Heliumballon ermitteln:

  1. Bestimmen Sie das Volumen des Ballons. Das Volumen einer Kugel beträgt 4/3 * pi * r3, wobei r der Radius des Ballons ist. Bestimmen Sie also zuerst den Radius der Kugel (der Radius ist der halbe Durchmesser). Würfle den Radius (multipliziere ihn zweimal mit sich selbst: r * r * r), multipliziere mit 4/3 und multipliziere dann mit Pi. Wenn Sie Ihren Ballon in Fuß messen, erhalten Sie das Volumen des Ballons in Kubikfuß.
  2. Ein Kubikfuß Helium wird etwa 28,2 Gramm anheben, also das Volumen des Ballons mit 28,2 multiplizieren.
  3. Teilen Sie durch 448 - die Anzahl Gramm in einem Pfund -, um die Anzahl der Pfund zu bestimmen, die er heben kann.

So hat zum Beispiel ein 20-Fuß-Ballon einen Radius von 10 Fuß. 10 * 10 * 10 * 3,14 * 4/3 = 4,186 Kubikfuß Volumen. 4.186 Kubikfuß * 28,2 Gramm / Kubikfuß = 118.064 Gramm. 118.064 Gramm / 448 Gramm pro Pfund = 263 Pfund Hubkraft.

Obwohl nicht mehr viel benutzt, Wasserstoffballons waren einst ziemlich beliebt. Wasserstoff wiegt nur 0,08988 Gramm pro Liter. Es ist jedoch leicht entflammbar, so dass der kleinste Funke eine große Explosion verursachen kann.

Warum sind Helium und Wasserstoff also so viel leichter als Luft? Das liegt daran, dass die Wasserstoff- und Heliumatome leichter sind als ein Stickstoffatom. Sie haben weniger Elektronen, Protonen und Neutronen als Stickstoffatome, und das macht sie leichter (das Atomgewicht von Wasserstoff ist 1, Helium ist 4 und Stickstoff ist 14).Ungefähr dieselbe Anzahl von Atomen jedes dieser Elemente füllt ungefähr die gleiche Menge an Raum. Daher sind die Gase aus leichteren Atomen leichter.

Heiße Luft

Was ist mit Heißluftballons? Sie arbeiten nach ähnlichen Prinzipien. Wenn Sie ein Gas erwärmen, dehnt es sich aus. Im Falle eines Heißluftballons wird, wenn sich das Gas im Inneren des Ballons ausdehnt, das zusätzliche Gas aus dem Boden des Ballons gedrückt, was bedeutet, dass sich weniger Atome im Ballon befinden, was bedeutet, dass die Luft im Ballon leichter ist als die Luft außerhalb des Ballons.

Die Menge an anhebende Kraft wird gesteuert, wie heiß die Luft ist. Wenn Sie die Luft im Inneren des Ballons um 100 Grad Celsius heißer als die Außenlufttemperatur erwärmen, ist die Luft im Inneren des Ballons etwa 25 Prozent leichter als die Luft außerhalb des Ballons. Ein Kubikfuß Luft wiegt ungefähr 35 Gramm bei 32 Grad F. Ein Kubikfuß heißer Luft bei 132 Grad F wiegt 25 Prozent weniger oder ungefähr 26,5 Gramm. Der Unterschied beträgt etwa 8,5 Gramm. Ein Heißluftballon muss also viel größer sein, um das gleiche Gewicht zu tragen. Er schwebt jedoch, weil heißere Luft leichter ist als kühlere Luft.

Sie können ein Gefühl dafür bekommen, wie viel Luft sich bei Temperaturänderungen zusammenzieht und ausdehnt, wenn Sie das folgende Experiment durchführen:

  1. Nehmen Sie zwei Ziplockbeutel (1 Gallone Größe) und blasen Sie sie auf (Sie können dies tun, indem Sie den Beutel zuklappen und dann ein kleines Loch an einem Ende des Reißverschlusses öffnen). Blasen Sie jeden Beutel wie einen Ballon auf und verschließen Sie ihn, während Sie den letzten Atemzug drücken. Sie möchten, dass diese Beutel voll sind - Sie möchten, dass der Kunststoff auf beiden aufgeblasenen Beuteln angespannt ist.
  2. Nun lassen Sie die Taschen ein paar Minuten auf der Theke sitzen und abkühlen. Sie haben 98,6 Grad F Luft hineingepumpt, und Sie möchten, dass die Temperatur auf Raumtemperatur abfällt. Die Beutel werden beim Abkühlen wahrscheinlich etwas weniger angespannt (ist sinnvoll…), fügen Sie also einen weiteren Luftstoß hinzu, um sie wieder angespannt zu machen.
  3. Stecken Sie nun eine der Taschen für etwa drei Minuten in den Gefrierschrank, während Sie die andere auf dem Tresen lassen. Wenn Sie die Tüte aus dem Gefrierschrank nehmen, hat sie etwas Luft abgelassen. Wie viel? Um etwa 10 bis 15 Prozent. Es ist entlüftet, weil kühlere Luft dichter ist als wärmere Luft. Vergleichen Sie den kalten Beutel mit dem Beutel auf der Theke - der kalte Beutel wird überhaupt nicht angespannt. Dann wird eine lustige Sache passieren, wenn der kalte Beutel warm wird - er wird wieder angespannt und kehrt zu seiner ursprünglichen Größe zurück!

Man kann deutlich erkennen, dass wärmere Luft mehr Platz benötigt als kühlere. Daher ist wärmere Luft leichter als kühlere Luft, und das macht einen Heißluftballon schweben!

Für weitere Informationen zum Heißluftballonfahren klicken Sie hier, um eine Linksammlung zu erhalten und erfahren Sie, wie Heißluftballons funktionieren!

Woher kommt Helium?

Wenn Sie Helium in einen Ballon legen und den Ballon loslassen, steigt der Ballon auf, bis er platzt. Wenn es knallt, hat das austretende Helium keinen Grund zum Stoppen - es läuft einfach weiter und läuft in den Weltraum.

Daher gibt es in der Atmosphäre zu jeder Zeit nur sehr wenig Helium. Das dort vorhandene Helium kommt aus Alpha-Teilchen emittiert durch radioaktiven Zerfall (Einzelheiten zum Alpha-Zerfall finden Sie unter Funktionsweise der nuklearen Strahlung). An Orten, die viel Uranerz haben, Erdgas neigt zu hohen Konzentrationen von Helium (bis zu 7 Prozent). Dies ist sinnvoll, da der Zerfall von Uran viele Alphateilchen ausstößt und eine Erdgastasche tendenziell ein unterirdischer Behälter ist. Helium wird kryogen aus Erdgas destilliert, um das Helium herzustellen, das wir in Ballons legen.

Weitere Informationen zu Helium und verwandten Themen finden Sie auf den Links auf der nächsten Seite!


Videoergänzungsan: BALLON EXPERIMENT ? Luftballon ohne Helium aufblasen und zum Fliegen bringen? ? Balloon Blow Up.




Forschung


Warum Ist Eis Rutschig?
Warum Ist Eis Rutschig?

Wie Kometen Arbeiten
Wie Kometen Arbeiten

Wissenschaft Nachrichten


Black Widows 'Bad Rap: 4 Missverständnisse Über Die Spinne
Black Widows 'Bad Rap: 4 Missverständnisse Über Die Spinne

Keime, Nicht Nazis, Lassen Sie Sich Für In Massengrab Gefundene Körper Beschuldigen
Keime, Nicht Nazis, Lassen Sie Sich Für In Massengrab Gefundene Körper Beschuldigen

Chris Borland Verlässt Nfl: Die Wissenschaft Des Fußballs Und Der Gehirnverletzung
Chris Borland Verlässt Nfl: Die Wissenschaft Des Fußballs Und Der Gehirnverletzung

Warum Eine New York Bay Für Baby Sand Tiger Sharks Entscheidend Ist
Warum Eine New York Bay Für Baby Sand Tiger Sharks Entscheidend Ist

Neue Wearables Verfolgen Ihre Statistiken Auf Dem Feld
Neue Wearables Verfolgen Ihre Statistiken Auf Dem Feld


DE.WordsSideKick.com
Alle Rechte Vorbehalten!
Die Wiedergabe Von Irgendwelchen Materialien Erlaubt Nur Prostanovkoy Aktiven Link Zu Der Website DE.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DE.WordsSideKick.com