Почему воздушные шары наполняют водородом или гелием?

Воздушные шары наполняют водородом или гелием из−за их уникальных физических свойств, а именно низкой плотности и малой молекулярной массы. Давайте разберем теоретическую основу этого выбора.

1. Плотность газов: Плотность газа определяется как масса одного моля вещества (молекулярная масса) делённая на объём, который этот моль занимает. Средняя плотность воздуха при стандартных условиях (температура 0°C и давление 1 атмосфера) составляет примерно 1.29 кг/м³.

• Водород (H₂) имеет молекулярную массу примерно 2 г/моль. Его плотность при стандартных условиях составляет около 0.0899 кг/м³.
• Гелий (He) имеет молекулярную массу примерно 4 г/моль. Его плотность при стандартных условиях составляет около 0.1786 кг/м³.

Оба газа, водород и гелий, имеют плотность значительно ниже, чем у воздуха.

1. Архимедова сила: Архимедова сила — это подъёмная сила, которая действует на тело, погруженное в газ или жидкость, и равна весу вытесняемого объёма газа или жидкости. Для воздушного шара это означает, что сила, действующая вверх, равна весу вытесненного шарами воздуха.

Подъёмная сила = плотность воздуха * объём шара * ускорение свободного падения.

Когда воздушный шар наполнен газом с плотностью, меньшей плотности воздуха, возникает подъёмная сила, которая позволяет шару подниматься. Чем меньше плотность газа внутри шара, тем больше подъёмная сила при том же объёме.

1. Безопасность и химические свойства:
   • Водород: Несмотря на его низкую плотность и высокую подъёмную силу, водород химически активен и легко воспламеняется. Это делает использование водорода потенциально опасным из−за риска взрыва (например, катастрофа дирижабля Гинденбург в 1937 году).
   • Гелий: Гелий, с другой стороны, является инертным газом, что означает, что он не вступает в химические реакции при стандартных условиях. Он безопасен в использовании, потому что не воспламеняется и не поддерживает горение.

Таким образом, воздушные шары наполняют водородом, чтобы получить максимальную подъёмную силу благодаря его самой низкой плотности среди всех газов, но из соображений безопасности чаще используют гелий, который немного тяжелее водорода, но является безопасным и стабильным.