Mit Leichtgas gefüllte Ballons. Warum fliegen Heißluftballons? Womit bläst man Luftballons auf, damit sie fliegen?
Ist Helium gefährlich?
Sehr oft hört man die Meinung, dass es sich um Gas handelt gefährlicher Stoff. Dies ist keine wahre Aussage. Warum „passiert“ es so oft?
Tatsache ist, dass das Wort „Gas“, wie viele andere Wörter in der russischen Sprache, mehrere Bedeutungen (Definitionen) hat. In seiner „Hauptbedeutung“ ist Gas ein Aggregatzustand (jede Substanz kann fest, flüssig und gasförmig sein). Und in einer der zusätzlichen Bedeutungen bedeutet der Begriff Gas brennbares Haushaltsgas, wird in Gasherdbrennern verwendet (normalerweise Methan, Propan oder Butan).
Mit welchem Gas werden Ballons aufgeblasen? Wenn der Ball „fliegt“, können Sie sicher sein, dass er nicht mit demselben Gas aufgeblasen wird, das Gasherden zugeführt wird. Nur sehr gute Leute können den Ball in der Luft halten. leichtes Gas, das viel leichter als Luft ist. Propan und Butan sind schwerer als Luft und die Kugel würde auf dem Boden liegen. Methan ist etwas leichter als Luft, aber seine Auftriebskraft würde dennoch nicht ausreichen, um einen „normalen“ Kleinen anzuheben Luftballon: Nur eine riesige mit Methan gefüllte Kugel könnte über den Boden steigen – und selbst dann äußerst „träge“: Sie hätte nur sehr geringe Auftriebskraft.
Welches Gas kann einen Latex- oder Folienballon problemlos in die Luft heben? Es gibt nur zwei solcher Gase: Wasserstoff und Helium. Beide Gase sind Elementarstoffe und sind im Periodensystem von D.I. Mendeleev unter den Nummern 1 und 2 aufgeführt. In Bezug auf den Verbreitungsgrad im Universum ist es ähnlich: Wasserstoff steht an erster Stelle und Helium an zweiter Stelle. In puncto „Leichtigkeit“ belegen diese Gase ebenfalls den ersten und zweiten Platz (Wasserstoff ist am leichtesten, Helium ist nur unwesentlich schwerer) und sind allen anderen Gasen weit überlegen. Auch bei der Größe der Atome sind sie führend, allerdings ist es hier etwas umgekehrt: Helium hat das kleinste Atom und Wasserstoff steht an zweiter Stelle.
Dies scheint jedoch das Ende der Ähnlichkeiten zwischen diesen Gasen zu sein. Wasserstoff ist ein sehr aktives Element, extrem brennbar und explosiv: sogar gefährlicher als Haushaltspropan. Und Helium ist ein absolut inertes Gas, das mit keiner bekannten Substanz reagiert kann nicht brennen bzw. unterstützen die Verbrennung und können auch keine Vergiftungen hervorrufen. Nach russischen und europäischen Standards sowie in Übereinstimmung mit den Regeln Brandschutz Zum Aufblasen von Ballons wird ausschließlich Helium (oder normale Luft) verwendet.
Ist es sicher, Helium aus einem Ballon einzuatmen? Es ist ziemlich sicher, wenn es sich natürlich um Helium selbst handelt und nicht um Bakterien oder andere möglicherweise vorhandene Nebenfaktoren. Helium ist im chemischen Sinne sogar „neutraler“ als Stickstoff, aus dem es größtenteils besteht Erdatmosphäre. Helium wird von Sporttauchern bei Arbeiten in großen Tiefen als Bestandteil des Atemgemisches verwendet, da es sich im menschlichen Blut praktisch nicht auflöst.
Ist ein Heliumtank gefährlich? Wenn es ein Ballon ist hoher Druck, etwa 150 Atmosphären oder mehr – dann stellt es im Falle einer Zerstörung zweifellos eine Gefahr dar. Allerdings ist die Zerstörung eines Metallzylinders keine leichte Aufgabe. Der Sicherheitsspielraum der Kapsel von Werksflaschen ist recht groß. Vor der Verwendung werden Flaschen bei einem Druck getestet, der dem Dreifachen des Betriebsdrucks entspricht; Anschließend wird auf dem Zylinder ein Werkszeichen in Form von vier Zahlen angebracht, das den Monat und das Jahr der nächsten Zertifizierung angibt. Wenn Sie einen Ballon sehen Braun, auf dem in weißer Farbe „Helium“ oder „He“ (Helium) steht und im oberen Teil der Monat und das Jahr der Zertifizierung eingeprägt sind – später als das aktuelle – können Sie beruhigt sein (auch wenn das Zertifizierungsdatum ist). „leicht“ überfällig). Heliumflaschen, die im Werk Orenburg (dies ist das einzige Heliumwerk in Russland) hergestellt werden, sind für den Einsatz vor Ort zertifiziert Massenversammlung von Leuten. Wenn Sie jedoch bemerken, dass jemand versucht, eine Gasflasche mit einer Schleifmaschine oder einem Bohrer zu zersägen oder mit einem Meißel darauf zu schlagen, sollten Sie Alarm schlagen, unabhängig davon, ob die Flasche mit Helium oder etwas anderem gefüllt ist leer oder nicht leer ...
Kann Helium zum Ersticken führen, wenn ein oder mehrere Ballons auf engstem Raum platzen? Hier gilt es, die Größenordnung abzuschätzen. Eine mittlere Kugel hat ein Volumen von ca. 7 Litern. In einem kleinen Raum, beispielsweise zwei mal drei Meter und einer Deckenhöhe von 2,5 Metern, beträgt das Volumen 15 Kubikmeter. Meter - also 15.000 Liter. Wenn Sie in diesem Raum bis zu 50 Heliumballons „platzen“ lassen, beträgt sein Volumen etwa 350 Liter. Das sind etwas mehr als 2 % der Luftmenge. Der Wert ist äußerst unbedeutend, obwohl Helium nicht toxisch ist und keine allergischen Reaktionen hervorruft. Darüber hinaus steigt das gesamte Helium sofort nach oben und sickert recht schnell durch die Decke, da die Durchdringungsfähigkeit der Heliumatome sehr hoch ist. Und nicht nur das: Selbst wenn Sie einen Ballon in Innenräumen öffnen und das gesamte Helium in den Raum ablassen, entsteht kein Schaden für Mensch und Tier. Aber wenn Sie sich dazu entschließen, zum Spaß Helium aus einem Ballon zu atmen (Helium verändert seine Stimme, verursacht Stimmbänder vibrieren mit höhere Frequenz) - Übertreiben Sie es nicht: Wenn Sie längere Zeit nur Helium einatmen und keine normale Luft einatmen, kann es zu Schwindelgefühlen kommen, obwohl Helium nicht giftig ist. Schließlich sind die Organismen irdischer Lebewesen so konzipiert, dass sie Sauerstoff benötigen!
Ist es möglich zu rauchen oder ein offenes Feuer zu benutzen? in der Nähe von Gasgeräten oder in der Nähe von aufgeblasenen Ballons, insbesondere wenn aus einigen davon deutlich Helium austritt? Sicherheitsvorkehrungen in Lagerhallen mit flüssigem oder gasförmigem Helium, Stickstoff und Kohlendioxid - verbietet es nicht Rauchen wegen dieser Gase nicht entzünden und unterstützen nicht die Verbrennung anderer Stoffe. Wenn jedoch eine brennende Zigarette einen Ballon berührt, wird dieser höchstwahrscheinlich platzen. Das Gleiche passiert, wenn der Ballon eine heiße Glühbirne berührt. Dadurch wird jedoch lediglich das Gummi, aus dem die Kugelschale besteht, platzen. Es wird keine Explosion oder Flamme geben.
Ist ein mit Helium aufgeblasener Ballon sicher für... kleines Kind? Nach europäischen Standards sind Spielzeuge für Kinder unter 3 Jahren lange Zeit nicht zu empfehlen – mit Ausnahme von solchen, die in steriler Verpackung geliefert werden. Und hier geht es keineswegs darum, dass irgendein Material oder eine Substanz dazu in der Lage ist schädliche Auswirkungen An Kinderkörper- aber Tatsache ist Kleinkind Mit hohe Wahrscheinlichkeit wird versuchen, es in den Mund zu stecken, nachdem er es zuvor im Boden oder an anderen „unsterilen“ Orten gerollt hat. Der Naturlatex, aus dem die Ballonhülle besteht, sowie technisches Helium (mehr als 98 %) oder ein Helium-Luft-Gemisch (60/40) stellen keine Gesundheitsgefährdung dar. Sie müssen nur bedenken, dass der Latexball platzen kann, wenn das Baby nicht sehr vorsichtig damit spielt lautes Geräusch Baumwolle kann einem Kind Angst machen. Daher empfiehlt es sich, den Kleinen keinen Gummiball, sondern eine Folienfigur zu schenken, die in der Regel bunter ist und nicht „platzt“, wenn das Kind versehentlich durchbeißt.
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Erdgas ist gefährlich – darüber sollte es keine zwei Meinungen geben. Aber lassen Sie uns gleich sagen: Wenn die Leser den Artikel sorgfältig lesen und sorgfältig arbeiten, werden sie beim Versuch, ein Modell eines Ballons herzustellen, nicht verletzt, geschweige denn ihre Wohnung in die Luft jagen!
Selbst Menschen mit geringen Chemiekenntnissen wissen, dass Methan leichter als Luft ist. Sein molekulare Masse- 16 gegenüber 29 für Luft. Aber wird der Ballon fliegen, wenn er mit Methan statt mit dem üblichen Helium gefüllt ist?
Auf einer der Ballon-Seiten sind wir auf folgende Antworten gestoßen:
Mit welchem Gas werden Ballons aufgeblasen? Wenn der Ball „fliegt“, können Sie sicher sein, dass er nicht mit dem gleichen Gas aufgeblasen wird, das auch Gasherden zugeführt wird. Nur ein sehr leichtes Gas, das viel leichter als Luft ist, kann den Ball in der Luft halten. Propan und Butan sind schwerer als Luft und die Kugel würde auf dem Boden liegen. Methan ist etwas leichter als Luft, dennoch würde seine Auftriebskraft nicht ausreichen, um einen „normalen“ kleinen Ballon in den Himmel zu heben: Nur ein riesiger, mit Methan gefüllter Ballon könnte über den Boden steigen – und selbst dann äußerst „träge“. : Es hätte sehr wenig Auftrieb gehabt.
Welches Gas kann einen Latex- oder Folienballon problemlos in die Luft heben? Es gibt nur zwei solcher Gase: Wasserstoff und Helium.
Vergleichen wir nun die Werte der spezifischen Auftriebskraft:
aus Buch Talanov A.V. Alles über Luftballons (2002)
Es stellt sich heraus, dass Methan keine so schlechte Alternative zu Helium ist, geschweige denn heiße Luft.
Wer alles experimentell testen möchte, steht jedoch vor zwei Schwierigkeiten: Erstens ist der Gasdruck im Haushaltsnetz zu niedrig, um den Ballon „aufzublasen“, und zweitens haben viele keine Ahnung, wie man den Herdbrennern Gas entnimmt. Schauen wir uns alles der Reihe nach an.
Wir konnten ein solches Experiment nur in einem Buch erwähnen - gute Werkstatt in der Physik. Lassen Sie uns ein Zitat abgeben.
Befüllung von Kinderballons mit Stadtgas
Kinder-Gummiball, Flasche mit Unterrohr (2 l), 2 Stopfen mit Bohrlöchern, 3 kurze Glasröhrchen, Gummischlauch, Schraubklemme, Gasschlauch, manueller Gummiball zum Pumpen und Entlüften der Luft, Kordel.
Am unteren Ende des in den oberen Stopfen eingeführten Glasrohrs wird ein Gummiballon befestigt und mit dem unteren Rohr in die Flasche eingesetzt (siehe auch E - 73). Auf das obere freie Ende dieses Rohres wird ein Gasschlauch gesteckt, der zur Gasleitung führt (Abb. 126).
In das untere Seitenrohr der Flasche wird ein Stopfen mit einem kurzen Glasröhrchen eingesetzt, an dessen freiem Ende ein Gummischlauch mit Schraubklemme angebracht ist. In diesen Gummischlauch wird ein kurzes Glasrohr-Mundstück eingeführt.
Wenn Luft aus dem Kolben gesaugt wird, füllt sich der darin befindliche Gummiballon mit Gas (wie bei E-73). Nach dem Befüllen der Flasche wird die Schelle eingeschraubt, der Gasleitungshahn geschlossen und der Gasschlauch vom oberen Glasrohr abgezogen. Anstelle eines Schlauchs wird ein zweiter Kinder-Gummiball auf den Schlauch gesteckt, aus dem die Luft weitestgehend entfernt wurde.
Durch das Mundstück wird Luft in die Flasche geblasen. Unter dem Druck der geblasenen Luft wird der in der Flasche befindliche Ballon komprimiert, das darin enthaltene Gas gelangt in den oberen Gummiball und bläst diesen auf. Sobald der Ballon gefüllt ist, wird die Klemme aufgeschraubt und der Ballonhals mit einer Kordel fest zugebunden.
Der aus der Flasche entnommene Ballon schwebt langsam in der Luft.
Notiz
Das Befüllen von Gummiflaschen mit Gas kann ohne Flasche erfolgen, indem eine Gummiballpumpe zwischen der Flasche und der Gasleitung angebracht wird (Abb. 127). Der Pumpball aus Gummi wird von Hand aktiviert. Dazu reicht es aus, den Ball mehrmals zusammenzudrücken und ihn in der Handfläche zu halten.
Wir haben die zweite Option gewählt, da sie einfacher ist, zumal wir eine ganze Kiste dieser Glühbirnen mit Ventil haben (die für Gasanalysatoren verwendet werden). Die Bedeutung davon einfache Erfahrung ist notwendig hermetisch verschlossen! Befestigen Sie einen Gummischlauch an der Leitung und erhöhen Sie den Druck des Methannetzes, damit sich der Ballon aufbläst. Eine solche Glühbirne funktioniert wie eine Fahrradpumpe, leitet Luft in eine Richtung und ist mit praktischen Aluminiumadaptern ausgestattet – der Auslassdurchmesser ist genau richtig für die Kugel.
Überlegen wir zunächst, wie wir den Schlauch fest anschließen Gasherd. Dies ist auf ihrem Gerät zu sehen. Aus der Düse – einem Messingzylinder mit einem kleinen Loch – wird Gas in den Trichtereinsatz geleitet, auf dem Weg nach oben vermischt es sich mit Luft und dadurch verbrennt das austretende Gas-Luft-Gemisch rußfrei. Nehmen wir die obere Plattenabdeckung ab und nehmen den trichterförmigen Einsatz heraus (es ist klar, dass der Ofen dadurch nicht beschädigt wird).
Auf alle Körper in der Luft (sowie in Flüssigkeiten) wirkt eine Auftriebskraft (archimedische Kraft). Um dies sicherzustellen, tun wir es nächstes Erlebnis. Lassen Sie uns ein mit Druckluft gefülltes Gefäß ausbalancieren und verkorkt, durch das ein Glasrohr geführt wird, das mit der leeren Hülle eines Gummiballs verbunden ist (Abb. 138, a). Wenn Sie das Ventil am Schlauch öffnen, füllt die Druckluft die Kugel und ihr Volumen vergrößert sich. Sobald dies geschieht, werden wir feststellen, dass das Gleichgewicht der Waage gestört wird (Abb. 138, b). Dies geschieht dadurch, dass eine zusätzliche Auftriebskraft auf den Ball wirkt und sein Gewicht abnimmt.
Um die archimedische (Auftriebs-)Kraft zu ermitteln, die auf einen Körper in der Luft wirkt, muss die Luftdichte ρ Luft mit der Beschleunigung multipliziert werden freier Fall g = 9,8 N/kg und für das Volumen V eines Körpers in der Luft:
F A = ρ Luft gV
Wenn sich herausstellt, dass diese Kraft größer ist als die auf den Körper wirkende Schwerkraft, fliegt der Körper in die Höhe. Darauf basiert die Luftfahrt.
Luftfahrzeuge, die in der Luftfahrt eingesetzt werden, werden Ballons genannt. Es gibt kontrollierte, unkontrollierte und Fesselballons. Unkontrollierte Freiflugballons mit einer ballonförmigen Hülle werden als Heißluftballons bezeichnet. Kontrollierte Ballons (mit Motor und Propellern) werden Luftschiffe genannt. Fesselballons sind mit einem Kabel mit dem Boden verbunden, was verhindert, dass das Gerät horizontale Flüge durchführt.
Damit ein Ballon nach oben steigen kann, muss er mit Gas gefüllt sein, dessen Dichte geringer ist als die von Luft. Dies kann beispielsweise Wasserstoff, Helium oder erhitzte Luft sein.
Erster Versuch, in die Luft zu steigen großer Ball mit Rauch gefüllt, wurde 1731 vom russischen Beamten Kryakutny in Kasan unternommen. Für diese Flucht verwies der Klerus Krjakutny aus Heimatort, und sein Ball geriet bald in Vergessenheit.
In Frankreich wurde der erste Heißluftballon (Heißluftballon), der erfolgreich in der Luftfahrt eingesetzt wurde, nur 52 Jahre später von den Brüdern J. und E. Montgolfier gebaut. Sie füllten den Ballon mit heißer Luft. Nachdem sie sichergestellt hatten, dass der Ballon fliegen konnte, legten die Montgolfier-Brüder ein Schaf, einen Hahn und eine Ente in den Korb des Ballons. Diese Tiere wurden die ersten Ballonfahrer. Im Herbst 1783 starteten die Menschen – Pilatus de Rosier und d’Arlandes – zu ihrem ersten (25-minütigen) Flug mit demselben Ballon.
Um zu bestimmen, wie viel Gewicht ein Ballon heben kann, müssen Sie seine Auftriebskraft kennen. Die Auftriebskraft eines Ballons ist gleich der Differenz zwischen Archimedische Kraft und die auf den Ball wirkende Schwerkraft:
F = F A - F T
Je geringer die Dichte des Gases ist, das einen Ballon mit einem bestimmten Volumen füllt, desto geringer ist die auf ihn wirkende Schwerkraft und desto größer ist daher die resultierende Auftriebskraft.
Wenn Luft von 0 °C auf 100 °C erhitzt wird, verringert sich ihre Dichte nur um das 1,37-fache. Daher ist die Auftriebskraft der gefüllten Ballons groß Warme Luft, fällt klein aus. Als der französische Wissenschaftler J. Charles dies bemerkte, schlug er vor, einen Ballon mit Wasserstoff zu füllen – einem Gas, dessen Dichte das 14-fache beträgt geringere Dichte Luft. Aufgrund dieser Dichte ist die Auftriebskraft von Wasserstoff mehr als dreimal so groß wie die Auftriebskraft erhitzter Luft gleichen Volumens.
Der erste Flug in einem mit Wasserstoff gefüllten Ballon (Abb. 139) fand am ersten Wintertag 1783 statt. Der Durchmesser des Ballons betrug 8,5 m. Nach 2,5 Flugstunden maßen die Ballonfahrer den Luftdruck und die Temperatur in der Höhe von 3400 m. Ähnliche Messungen begannen später eine Rolle zu spielen wichtige Rolle in der Meteorologie. 
In Russland wurden 1803 die ersten Heißluftballonflüge durchgeführt (zuerst in St. Petersburg, dann in Moskau).
Ballonfahrten hatten zunächst in der Regel Freizeitcharakter. Doch dann wurden Ballons immer häufiger für wissenschaftliche (Atmosphärenforschung, meteorologische Forschung) und militärische (Aufklärung, Bombenangriffe) Zwecke eingesetzt Fahrzeug. Im Jahr 1929 absolvierte das deutsche Luftschiff Graf Zepelin in 21 Tagen eine Weltumrundung von 35.000 km mit drei Zwischenlandungen. Durchschnittsgeschwindigkeit Die Fluggeschwindigkeit betrug 177 km/h.
Während des Großen Vaterländischer Krieg Dabei spielten Luftballons („Barriereballons“) eine große Rolle Luftverteidigung Moskau und Leningrad.
Wenn Sie einen Ballon mit Wasserstoff füllen, sollten Sie bedenken, dass dieses Gas einen großen Nachteil hat: Es brennt und bildet zusammen mit Luft ein explosives Gemisch. Daher ist beim Fliegen wasserstoffgefüllter Ballons besondere Vorsicht geboten, da ein solcher Flug sonst in einer Tragödie enden könnte. Eine solche Tragödie ereignete sich 1937, als das deutsche Luftschiff Hindenburg bei der Landung explodierte und 36 Menschen tötete.
Nicht brennbar und zugleich Die Zeit ist einfach das Gas ist Helium. Deshalb sind heutzutage viele Ballons mit Helium gefüllt.
Mit zunehmender Höhe nimmt die Luftdichte ab. Wenn der Ballon nach oben steigt, wird daher die auf ihn wirkende archimedische Kraft geringer. Nachdem die archimedische Kraft ihren Wert erreicht hat, gleiche Stärke Durch die Schwerkraft stoppt der Aufstieg des Ballons. Um höher zu steigen, wird speziell entnommener Ballast von der Kugel abgeworfen (zum Beispiel wird Sand aus Säcken geschüttet). In diesem Fall nimmt die Schwerkraft ab und die Auftriebskraft wird wieder dominant.
Um auf den Boden zu sinken, muss die Auftriebskraft hingegen verringert werden. Dies wird durch die Reduzierung des Ballvolumens erreicht. Oben am Ball befindet sich ein spezielles Ventil. Wenn sich dieses Ventil öffnet, verlässt ein Teil des Gases die Kugel und die Kugel beginnt nach unten zu fallen.
Ballons, die für den Flug in die Stratosphäre (d. h. in eine Höhe von mehr als 11.000 m) konzipiert sind, werden Stratosphärenballons genannt. Die Auftriebskraft von Stratosphärenballons muss ausreichend groß sein. Daher sind sie dort mit Wasserstoff gefüllt, wo dieser maximal ist.
Auch warme Luft hat nicht an Bedeutung verloren. Der Vorteil besteht darin, dass seine Temperatur (und damit seine Dichte und damit die Auftriebskraft) mit eingestellt werden kann Gasbrenner befindet sich unter dem Loch an der Unterseite der Kugel. Durch Erhöhen der Brennerflamme können Sie die Kugel höher steigen lassen. Wenn die Brennerflamme kleiner wird, bewegt sich die Kugel nach unten. Es kann eine Temperatur gewählt werden, bei der die auf den Ball samt Kabine wirkende Schwerkraft gleich der Auftriebskraft ist. Dann hängt der Ball in der Luft und man kann von ihm aus leicht Beobachtungen machen.
Heutzutage planen Wissenschaftler und Designer, Ballons nicht nur auf der Erde, sondern auch auf anderen Planeten einzusetzen. Zum Beispiel im Jahr 1985, sowjetische Automatik interplanetare Stationen„Vega-1“ und „Vega-2“ lieferten Ballons zur Venus. Diese Geräte bewegten sich in ihrer Atmosphäre und übertrugen wertvolle Informationen darüber an die Erde Physische Verfassung auf diesem Planeten.
1. Was sind Ballons? 2. Wie unterscheiden sich Ballons von Luftschiffen? 3. Warum werden Heißluftballons auch Heißluftballons genannt? 4. Mit welchen Gasen werden Ballons gefüllt? Warum sie? 5. Was Flugzeuge sogenannte Stratosphärenballons? 6. Wie wird der Auftrieb eines Ballons bestimmt? 7. Wie reguliert man die Höhe eines mit warmer Luft gefüllten Ballons? 8. Ein mit Helium gefüllter Ballon wurde versehentlich von einem Kind losgelassen. Wie lange wird dieser Ball steigen?
