Балони, пълни с лек газ. Защо летят балоните с горещ въздух? С какво се надуват балоните, за да летят?

Опасен ли е хелият?

Доста често можете да чуете мнението, че газът е опасно вещество. Това не е вярно твърдение. Защо "се случва" толкова често?

Факт е, че думата "газ", подобно на много други думи в руския език, има няколко значения (дефиниции). В своето „основно“ значение газът е състояние на материята (всяко вещество може да бъде твърдо, течно и газообразно). И в едно от допълнителните значения понятието газ означава битов запалим газ, използвани в горелки на газови печки (обикновено метан, пропан или бутан).

Какъв газ се използва за надуване на балони? Ако топката „лети“, тогава можете да сте сигурни, че тя не е надута със същия газ, който се доставя на газови печки. Само много добри хора могат да държат топката във въздуха. лек газ, който е много по-лек от въздуха. Пропанът и бутанът са по-тежки от въздуха и топката ще лежи на пода. Метанът е малко по-лек от въздуха, но все пак повдигащата му сила не би била достатъчна, за да повдигне „обикновен“, малък балон: само огромна топка, пълна с метан, може да се издигне над земята - и дори тогава изключително „бавно“: тя ще има много малка повдигаща сила.

Какъв газ може лесно да вдигне всеки балон от латекс или фолио във въздуха? Има само два такива газа: водород и хелий. И двата газа са елементарни веществаи са посочени в периодичната таблица на Д. И. Менделеев под номера 1 и 2. По отношение на степента на разпространение във Вселената е сходна: водородът заема първо място, а хелият - второ. По отношение на „лекотата“ тези газове също заемат първо и второ място (водородът е най-лекият, а хелият е само малко по-тежък) и далеч превъзхождат всички останали газове. По отношение на размера на атомите те също са лидери, въпреки че тук е малко обратното: хелият има най-малкия атом, а водородът заема второ място.

Но това изглежда е краят на приликите между тези газове. Водородът е много активен елемент, изключително запалим и експлозивен: дори по-опасен от домакинския пропан. А хелият е абсолютно инертен газ, който не реагира с нито едно известно вещество, следователно го не може да гориили поддържат горене, а също така не могат да причинят отравяне. Съгласно руските и европейските стандарти, както и в съответствие с правилата Пожарна безопасностЗа надуване на балони се използва само хелий (или обикновен въздух).

Безопасно ли е да вдишвате хелий от балон? Съвсем безопасно е, ако, разбира се, говорим за самия хелий, а не за бактерии или други странични фактори, които могат да присъстват. Хелият, в химичен смисъл, е дори по-„неутрален“ от азота, от който се състои предимно земна атмосфера. Хелият се използва като компонент на дихателната смес от водолази при работа на големи дълбочини, тъй като практически не се разтваря в човешката кръв.

Опасен ли е резервоарът с хелий? Ако е балон високо налягане, около 150 атмосфери или повече - тогава несъмнено представлява опасност в случай на разрушаване. Унищожаването на метален цилиндър обаче не е никак лесна задача. Маржът на безопасност на капсулата на фабричните цилиндри е доста голям. Преди употреба бутилките се изпитват при налягане три пъти по-голямо от работното налягане; след което върху цилиндъра се поставя фабрична маркировка под формата на четири цифри, които показват месеца и годината на следващото сертифициране. Ако видите балон кафяво, на който с бяла боя е изписано “helium” или “Той” (хелий), а в горната част са щамповани месецът и годината на заверка - по-късна от текущата - можете да сте спокойни (дори и датата на заверката да е „леко“ просрочени). Хелиевите цилиндри, произведени от завода в Оренбург (това е единственият завод за хелий в Русия), са сертифицирани за използване на места масово събиранеот хора. Но ако забележите, че някой се опитва да изреже газов цилиндър с мелница или да го пробие, или да го удря с длето, тогава трябва да алармирате, независимо дали цилиндърът е пълен с хелий или нещо друго, дали е празен или не празен...

Може ли хелият да причини задушаване, ако един или повече балони се спукат в затворено пространство? Тук е необходимо да се оцени порядъка на величината. Една средна топка е с обем приблизително 7 литра. В малка стая, например два на три метра и височина на тавана 2,5 метра, обемът е 15 кубически метра. метра - тоест 15 000 литра. Ако „спукате“ до 50 балона с хелий в тази стая, нейният обем ще бъде около 350 литра. Това е малко над 2% от обема на въздуха. Стойността е изключително незначителна, въпреки факта, че хелият не е токсичен и не предизвиква алергични реакции. Освен това целият хелий незабавно ще се издигне и ще проникне през тавана доста бързо, тъй като проникващата способност на хелиевите атоми е много висока. Не само това: дори ако отворите балон на закрито и изпуснете целия хелий в стаята, това няма да навреди на хората или животните. Но ако решите да дишате хелий от балон за забавление (хелият променя гласа си, причинявайки гласни струнивибрира с по-висока честота) - не трябва да се увличате твърде много: ако вдишвате хелий самостоятелно за дълго време и не дишате обикновен въздух, може да се почувствате замаяни, въпреки факта, че хелият не е отровен. В края на краищата, организмите на земните живи същества са устроени по такъв начин, че се нуждаят от кислород!

Възможно ли е да се пуши или да се използва открит огън? близо до газово оборудване или близо до надути балони, особено ако някои от тях очевидно изпускат хелий? Мерки за безопасност в складове с течен или газообразен хелий, азот и въглероден диоксид - не забранявапушене, защото тези газове не запалвайтеи не поддържат горенето на други вещества. Въпреки това, ако горяща цигара докосне балон, той най-вероятно ще се спука: същото ще се случи, ако балонът докосне гореща електрическа крушка. Но това просто ще спука гумата, която изгражда черупката на топката. Няма да има експлозия или пламък.

Безопасен ли е балон, надут с хелий за... малко дете? Според европейските стандарти отдавна не се препоръчват играчки за деца под 3 години - с изключение на тези, които се доставят в стерилни опаковки. И въпросът тук изобщо не е, че някакъв материал или вещество може да има вредни ефектиНа детско тяло- но фактът е такъв Малко детес голяма вероятностще се опита да го постави в устата си, като първо го е търкалял в земята или други „нестерилни“ места. Естественият латекс, от който е направена обвивката на балона, както и техническият хелий (повече от 98%) или хелиево-въздушна смес (60/40), не представляват опасност за здравето. Трябва само да имате предвид, че латексовата топка може да се спука, ако бебето не играе много внимателно с нея, и силен шумпамукът може да изплаши дете. Затова е препоръчително да подарявате на малките не гумена топка, а фолиева фигурка, която като правило е по-цветна и не „пука“, ако детето случайно я прехапе.

Нашите мениджъри са готови да отговорят по-подробно на тези и други въпроси по телефона. С уважение, администрация на уебсайта на портала

Природният газ е опасен - за него не трябва да има две мнения. Но нека кажем веднага: ако читателите прочетат статията внимателно и работят внимателно, тогава, когато се опитват да направят модел на балон, те няма да се наранят, още по-малко да взривят апартамента си!

Дори хората с малко познания по химия знаят, че метанът е по-лек от въздуха. Неговата молекулна маса- 16 срещу 29 за въздуха. Дали обаче балонът ще полети, ако бъде напълнен с метан вместо с обичайния хелий?

В един от сайтовете, посветени на балони, попаднахме на следните отговори:

Какъв газ се използва за надуване на балони? Ако топката „лети“, тогава можете да сте сигурни, че тя не е надута със същия газ, който се доставя на газови печки. Само много лек газ, който е много по-лек от въздуха, може да поддържа топката във въздуха. Пропанът и бутанът са по-тежки от въздуха и топката ще лежи на пода. Метанът е малко по-лек от въздуха, но все пак неговата повдигаща сила не би била достатъчна, за да вдигне „обикновен“ малък балон в небето: само огромен балон, пълен с метан, може да се издигне над земята - и дори тогава изключително „бавно“ : трябваше да има много малко повдигане.

Какъв газ може лесно да вдигне всеки балон от латекс или фолио във въздуха? Има само два такива газа: водород и хелий.

Сега нека сравним стойностите на специфичната повдигаща сила:

от книгата Таланов А.В. Всичко за балони (2002)

Въпреки това, тези, които искат да тестват всичко експериментално, се сблъскват с две трудности: първо, налягането на газа в домакинската мрежа е твърде ниско, за да „надуе“ балона, и второ, мнозина нямат представа как да вземат газ от горелките на печката. Нека да разгледаме всичко в ред.

Успяхме да намерим споменаване на такъв експеримент само в една книга - добра работилницапо физика. Нека дадем цитат.

Пълнене на детски балони с градска газ

Детска гумена топка, бутилка с долна тръба (2 л), 2 тапи с пробити отвори, 3 къси стъклени тръби, гумена тръба, винтова скоба, маркуч за газ, ръчна гумена круша за изпомпване и изпускане на въздух, шнур.

Гумен балон е прикрепен към долния край на стъклената тръба, поставена в горната запушалка и поставена вътре в бутилката с долната тръба (виж също E - 73). В горния свободен край на тази тръба (фиг. 126) се поставя газов маркуч, водещ към газопровода.

В долната странична тръба на бутилката се поставя запушалка с къса стъклена тръба, чийто свободен край е снабден с гумена тръба с винтова скоба. В тази гумена тръба се вкарва къса стъклена тръба-мундщук.

Когато въздухът се изсмуче от колбата, гуменият балон в нея се пълни с газ (както в Е-73). След напълване на бутилката, скобата се завинтва, кранът на газопровода се затваря и газовият маркуч се отстранява от горната стъклена тръба. Вместо маркуч на тръбата е поставена втора детска гумена топка, от която е максимално отстранен въздуха.

Въздухът се вкарва в бутилката през мундщука. Под натиска на издухания въздух балонът, намиращ се в бутилката, се компресира, а газът в него преминава в горната гумена топка, като я надува. След като балонът се напълни, скобата се завинтва и гърлото на балона се завързва здраво с шнур.

Балонът, изваден от бутилката, бавно се носи във въздуха.

Забележка
Пълненето на гумени бутилки с газ може да се извърши без бутилка, като се използва помпа с гумена круша, поставена между бутилката и газопровода (фиг. 127). Гумената помпа се активира с ръка, за което е достатъчно да стиснете крушката няколко пъти, като я държите в дланта си.

Използвахме втория вариант, тъй като е по-прост, още повече, че имаме цяла кутия от тези крушки с клапан (използват се за газови анализатори). Значението на това прост опитнеобходимо е херметически затворен!прикрепете гумена тръба към линията и увеличете налягането на метановата мрежа, така че балонът да се надуе. Такава крушка работи като помпа за велосипед, пропуска въздух в една посока и е оборудвана с удобни алуминиеви адаптери - диаметърът на изхода е точно за топката.

Първо, нека помислим как да свържете плътно тръбата към газова печка. Това се вижда от апарата й. Газът от дюзата - месингов цилиндър с малък отвор - се подава във вложката на фунията, по пътя нагоре се смесва с въздуха и благодарение на това изтичащата газово-въздушна смес гори без сажди. Махаме горната плоча-капак и изваждаме фуниевидната обшивка (ясно е, че печката няма да се повреди).

Върху всички тела във въздуха (както и в течности) действа подемна (архимедова) сила. За да се уверим в това, нека направим следващ опит. Нека балансираме съд, пълен със сгъстен въздух и запушена с тапа, през който е прекарана стъклена тръба, свързана с празната обвивка на гумена топка (фиг. 138, а). Ако отворите вентила на тръбата, сгъстеният въздух ще напълни топката и тя ще увеличи обема си. Веднага щом това се случи, ще видим, че балансът на везните ще бъде нарушен (фиг. 138, b). Това ще се случи, защото върху топката ще започне да действа допълнителна подемна сила и теглото й ще намалее.
За да се намери Архимедовата (плаваща) сила, действаща върху тяло във въздуха, плътността на въздуха ρ въздух трябва да се умножи по ускорението свободно падане g = 9,8 N/kg и за обем V на тяло във въздуха:

F A = ​​​​ρ въздух gV

Ако тази сила се окаже по-голяма от силата на гравитацията, действаща върху тялото, тогава тялото ще полети нагоре. Аеронавтиката се основава на това.

Самолетите, използвани в аеронавтиката, се наричат ​​балони. Има контролирани, неконтролирани и привързани балони. Неуправляемите балони за свободен полет с обвивка във формата на балон се наричат ​​балони с горещ въздух. Управляваните балони (с двигател и витла) се наричат ​​дирижабли. Привързаните балони са свързани със земята с кабел, който не позволява на устройството да извършва хоризонтални полети.

За да може един балон да се издигне нагоре, той трябва да бъде напълнен с газ, чиято плътност е по-малка от тази на въздуха. Това може да бъде например водород, хелий или нагрят въздух.

Първи опит за вдигане във въздуха голяма топкаизпълнен с дим, е предприето през 1731 г. от руския чиновник Крякутни в Казан. За това бягство духовенството изгони Крякутни от роден град, и топката му скоро беше забравена.

Във Франция първият балон с горещ въздух (балон с горещ въздух), който успешно се използва за аеронавтика, е построен само 52 години по-късно от братята Ж. и Е. Монголфие. Те използваха горещ въздух, за да напълнят балона. След като се уверяват, че балонът може да лети, братята Монголфие слагат овца, петел и патица в кошницата на балона. Тези животни станаха първите балонисти. През есента на 1783 г. хора - Пилат дьо Розие и д'Арланд - тръгват на първия си (25-минутен) полет със същия балон.

За да определите колко тегло може да повдигне един балон, трябва да знаете неговата повдигаща сила. Повдигащата сила на балон е равна на разликата между Архимедова силаи силата на гравитацията, действаща върху топката:

F = F A - F T

Колкото по-ниска е плътността на газа, изпълващ балон с даден обем, толкова по-малка е силата на гравитацията, действаща върху него и следователно, толкова по-голяма е получената повдигаща сила.

Когато въздухът се нагрее от 0 °C до 100 °C, неговата плътност намалява само 1,37 пъти. Следователно повдигащата сила на балоните е пълна топъл въздух, се оказва малък. Забелязвайки това, френският учен Дж. Чарлз предложи да се напълни балон с водород - газ, чиято плътност е 14 пъти по-малка плътноствъздух. Поради тази плътност повдигащата сила на водорода е повече от три пъти по-голяма от повдигащата сила на нагрят въздух със същия обем.

Първият полет с балон, пълен с водород (фиг. 139), се състоя в първия ден на зимата на 1783 г. Диаметърът на балона беше 8,5 m. След като прекараха 2,5 часа в полет, балонистите измериха налягането на въздуха и температурата на височина от 3400 м. Подобни измервания впоследствие започват да играят роля важна роляв метеорологията. В Русия първите полети с балон с горещ въздух са извършени през 1803 г. (първо в Санкт Петербург, след това в Москва).

Първоначално полетите с балон бяха като правило забавни. Но след това балоните започнаха да се използват все повече за научни (атмосферни изследвания, метеорологични изследвания) и военни (разузнаване, бомбардировки) цели, както и превозно средство. През 1929 г. германският дирижабъл Граф Цепелин извършва околосветски полет от 35 хиляди км за 21 дни с три междинни кацания. Средната скоростскоростта на полета е 177 км/ч.

По време на Великия Отечествена войнабалони („бариерни балони“) изиграха голяма роля в противовъздушна отбранаМосква и Ленинград.

Когато пълните балон с водород, трябва да запомните, че този газ има един голям недостатък - той гори и заедно с въздуха образува експлозивна смес. Ето защо, когато летите с балони, пълни с водород, трябва да се внимава особено, в противен случай такъв полет може да завърши трагедийно. Една такава трагедия се случи през 1937 г., когато германският дирижабъл Хинденбург експлодира по време на кацане, убивайки 36 души.

Незапалим и в същото време времето е лесногазът е хелий. Ето защо много балони в наши дни са пълни с хелий.

Плътността на въздуха намалява с увеличаване на надморската височина. Следователно, когато балонът се издига нагоре, Архимедовата сила, действаща върху него, става по-малка. След като Архимедовата сила достигне своята стойност, еднаква силагравитацията, издигането на балона спира. За да се издигне по-високо, от топката се изпуска специално взет баласт (например пясък се изсипва от торби). В този случай силата на гравитацията намалява и силата на плаване отново става доминираща.

За да потъне на земята, плаващата сила, напротив, трябва да бъде намалена. Това се постига чрез намаляване на обема на топката. В горната част на топката има специален клапан. Когато този клапан се отвори, част от газа напуска топката и топката започва да пада надолу.

Балоните, предназначени да летят в стратосферата (т.е. до надморска височина над 11 000 m), се наричат ​​стратосферни балони. Подемната сила на стратосферните балони трябва да бъде достатъчно голяма. Поради това те се пълнят с водород, където той е максимален.

Топлият въздух също не е загубил значението си. Удобен е с това, че неговата температура (а с това и неговата плътност и, следователно, повдигаща сила) може да се регулира с помощта на газов котлонразположен под дупката, разположена в долната част на топката. Като увеличите пламъка на горелката, можете да накарате топката да се издигне по-високо. Когато пламъкът на горелката намалява, топката се движи надолу. Възможно е да изберете температура, при която силата на гравитацията, действаща върху топката заедно с кабината, се оказва равна на силата на плаваемост. Тогава топката виси във въздуха и е лесно да се правят наблюдения от нея.

Днес учени и дизайнери планират да използват балони не само на Земята, но и на други планети. Например през 1985 г. съветски автоматик междупланетни станции"Вега-1" и "Вега-2" доставиха балони на Венера. Движейки се в нейната атмосфера, тези устройства предават на Земята ценна информация за физически условияна тази планета.

1. Какво представляват балоните? 2. По какво се различават балоните от дирижаблите? 3. Защо балоните с горещ въздух се наричат ​​иначе балони с горещ въздух? 4. С какви газове се пълнят балоните? Защо те? 5. Кое самолетинаречени стратосферни балони? 6. Как се определя повдигането на балон? 7. Как се регулира височината на балон, напълнен с топъл въздух? 8. Балон, пълен с хелий, беше случайно пуснат от дете. Колко дълго ще се издига тази топка?