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Ein Heißluftballon mag ganz anders aussehen als ein Heliumballon, aber das Prinzip, wie die beiden Ballonarten funktionieren, ist dasselbe. Auf den Auftrieb und die Beziehung des Auftriebs zu schwimmenden Objekten kommt es an.
Warum Helium die Dinge zum Schweben bringt
Das Gesetz des Auftriebs, auch bekannt als Archimedes-Prinzip, schreibt vor, dass jeder Körper, der ganz oder teilweise in eine Flüssigkeit (ein Gas oder eine Flüssigkeit) eingetaucht ist, in Ruhe von einer aufwärts gerichteten oder schwimmenden Kraft beaufschlagt wird, deren Größe gleich ist das Gewicht der vom Körper verdrängten Flüssigkeit. Wenn Sie dies auf einen Heliumballon anwenden, wird der Ballon in Luft (ein Gemisch von Gasen) "eingetaucht". Der Ballon verdrängt eine Menge Luft. Vorausgesetzt, die verdrängte Luft ist schwerer als das Gewicht des Heliums (plus das Material des Ballons), schwimmt der Ballon in der Luft. Wenn Sie jedoch ein wenig Helium einatmen, schweben Sie nicht wie ein Ballon, da Sie durch keine Heliummenge leichter werden als durch die Luft, die Sie umgibt.
Lasse den Ballon ohne Helium schweben
Es ist vielleicht keine Option für Partydekorationen, aber eine andere Möglichkeit, einen Ballon zum Schweben zu bringen, ist die Verwendung von heißer Luft. Ein Heißluftballon besteht aus einem großen Beutel, der als Umschlag bezeichnet wird, und einem darunter hängenden Weidenkorb. Ein extrem leistungsstarker Brenner im Korb erwärmt die Luft im Umschlag durch einen Spalt. Auch hier gilt das Auftriebsprinzip. Damit der Heißluftballon schwimmt, müssen das Gewicht des Ballons und die Luft darin geringer sein als das Gewicht der verdrängten Umgebungsluft. Die heiße Luft im Ballon ist leichter als die Luft, die den Ballon umgibt, denn wenn das Gas heiß wird, dehnt es sich aus, verteilt seine einzelnen Moleküle und macht sie weniger dicht konzentriert. Die dichtere Luft außerhalb des Ballons treibt ihn an und lässt ihn schweben.
Wenn ein Heißluftballon wieder auf den Boden gebracht werden muss, wird die Luft im Inneren gekühlt, wodurch die Luftmoleküle enger zusammengezogen werden. Je konzentrierter die Moleküle sind, desto schwerer wird die Innenluft, bis sie mehr wiegt als die Außenluft und wieder nach unten wandert.
Probleme mit Helium
Die Befürchtung eines globalen Heliummangels kursiert seit Jahren und hat weitaus schwerwiegendere Folgen als das Fehlen von Partyballons. Helium wird in der Medizin und in der Fertigung in einer Vielzahl von Maschinen und Industriezweigen eingesetzt, da es stabil ist und nicht leicht mit anderen Chemikalien reagiert. Die gute Nachricht ist, dass die Forscher 2016 ein Heliumgasfeld in Tansania aufgespürt und lokalisiert haben und hoffen, mehr zu finden.