Гелиевые шары сдуваются через несколько дней, хотя обычные латексные шары, наполненные воздухом, могут сохранять свою форму в течение нескольких недель. Почему гелиевые шары так быстро теряют газ и подъемную силу? Ответ связан с природой гелия и материала воздушного шара.
Ключевые выводы: гелиевые шары
- Гелиевые шары плавают, потому что гелий менее плотен, чем воздух.
- Гелиевые шары сдуваются, потому что атомы гелия достаточно малы, чтобы скользить между промежутками в материале шара.
- Воздушные шары с гелием изготовлены из майлара, а не из резины, потому что между молекулами майлара меньше пространства, поэтому воздушный шар остается надутым дольше.
Гелий и воздух в воздушных шарах
Гелий – благородный газ, что означает, что каждый атом гелия имеет полную валентную электронную оболочку. Поскольку атомы гелия сами по себе стабильны, они не образуют химических связей с другими атомами. Итак, гелиевые шары наполнены множеством крошечных атомов гелия. Обычные воздушные шары наполнены воздухом, в основном азотом и кислородом. Отдельные атомы азота и кислорода уже намного больше и массивнее, чем атомы гелия, плюс эти атомы соединяются вместе, образуя молекулы N 2 и O 2 . Поскольку гелий намного менее массивен, чем азот и кислород в воздухе, гелиевые шары летают. Однако меньший размер также объясняет, почему воздушные шары с гелием так быстро сдуваются.
Атомы гелия очень крошечные – настолько крошечные, что случайное движение атомов в конечном итоге позволяет им пробираются сквозь материал воздушного шара посредством процесса, называемого диффузией. Некоторое количество гелия даже проникает через узел, связывающий воздушный шар.
Ни гелий, ни воздушные шары не сдуваются полностью. В какой-то момент давление газов внутри и снаружи воздушного шара становится одинаковым, и воздушный шар достигает равновесия. Газы по-прежнему проходят через стенку воздушного шара, но больше не сжимаются.
Почему гелиевые шары из фольги или майлара
Воздух медленно диффундирует через обычные латексные шары, но промежутки между молекулами латекса настолько малы, что требуется много времени, чтобы воздух вытек и стал действительно материальным. Если вы поместите гелий в латексный шар, он расплывется так быстро, что ваш воздушный шар сдувается в мгновение ока. Кроме того, когда вы надуваете латексный баллон, вы наполняете баллон газом и оказываете давление на внутреннюю поверхность его материала. На поверхность воздушного шара с радиусом 5 дюймов действует примерно 1000 фунтов силы! Вы можете надуть воздушный шар, вдувая в него воздух, потому что сила на единицу площади мембраны не так уж велика. Давления все еще достаточно, чтобы протолкнуть гелий сквозь стенку воздушного шара, как вода капает через бумажное полотенце..
Итак, гелиевые шары представляют собой тонкую фольгу или майлар, потому что эти шары сохраняют свою форму без необходимости большого давления и потому, что поры между молекулами меньше .
Водород против гелия
Что сдувается быстрее гелиевого шара? Водородный баллон. Несмотря на то, что атомы водорода образуют химические связи друг с другом, превращаясь в газ H 2 , каждая молекула водорода все же меньше одного атома гелия. Это связано с тем, что нормальным атомам водорода не хватает нейтронов, а у каждого атома гелия есть два нейтрона.
Факторы, влияющие на скорость сдува гелиевого шара
Вы уже знаете, что материал воздушного шара влияет на то, насколько хорошо он удерживает гелий. Фольга и майлар работают лучше, чем латекс, бумага или другие пористые материалы. Есть и другие факторы, которые влияют на то, как долго гелиевый шар остается надутым и плавает.
- Покрытие внутри шара влияет на то, как долго он длится. Некоторые воздушные шары с гелием обрабатываются гелем, который помогает дольше удерживать газ внутри воздушного шара.
- Температура влияет на продолжительность жизни воздушного шара. При более высокой температуре движение молекул увеличивается, поэтому скорость диффузии (и скорость дефляции) увеличивается. Повышение температуры также увеличивает давление газа на стенку баллона. Если воздушный шар из латекса, он может расширяться, чтобы приспособиться к повышенному давлению, но это также увеличивает промежутки между молекулами латекса, поэтому газ может уйти быстрее. Воздушный шар из фольги не может расширяться, поэтому повышенное давление может привести к его разрыву. Если воздушный шар не лопается, давление означает, что атомы гелия чаще взаимодействуют с материалом воздушного шара и быстрее выходят наружу.
