Hvorfor deflater heliumballonger i kald luft?

 

Helium

Ved omgivelsestemperatur og atmosfæretrykk er helium en gass. Helium har en tetthet (forholdet mellom dets masse og dets volum) som er mindre enn luften; Derfor er ballonger fylt med heliumstigning.

Gasser

Gasser består i utgangspunktet av molekyler som beveger seg veldig fort og som ikke har noen vesentlig tiltrekning for andre nærliggende molekyler. Bevegelsen av molekylene er veldig kaotisk, noe som betyr at molekylene ofte kolliderer med hverandre og med sidene av beholderen. En av de unike egenskapene til gasser er at de ekspanderer for å oppta hele beholderen. Dermed vil heliummolekyler inne i en ballong jevnt okkupere hele interiøret.

Trykk

'Trykket' inne i en heliumballong er virkelig den kraften som utøves når heliummolekylene kolliderer med ballongens indre vegger. Da kollisjonene blir mer energiske, stiger trykket inne i ballongen, og da de blir mindre energiske faller trykket.

Temperatur effekter

Det siste stykket av dette puslespillet gjelder temperatur. Når temperaturen øker, molekyler beveger seg raskere, og etter hvert som deres hastighet øker, det gjør også deres kinetiske energi. Videre, ettersom temperaturen minker, gjør det også deres kinetiske energi. Dermed er kraften som gassmolekylene utøver mot innsiden av beholderen sin - trykket - er direkte proporsjonal med temperaturen til molekylene. Dette er kjent som Gay-Lussacs lov.

Med hensyn til en heliumballong, når temperaturen i gassmolekylene minker, beveger molekylene seg langsomt og utøver mindre press mot ballongens innvendige vegger. Ballongen ser således ut til å deflate.

Effusjon

Et annet fenomen kan også tegne seg for en heliumballongdeflatering. Gjennom prosessen med effusjon kan heliummolekylene passere gjennom ballongens porer. Dette er en konsekvens av heliummolekylets diminutive størrelse. For effusjon skal forekomme, må molekylene være mindre enn porene de forsøker å passere gjennom. Gasser som består av større molekyler, for eksempel oksygen eller nitrogen, ville enten effusere sakte eller ikke i det hele tatt. Heliumballonger deflater i kald luft. Dette er faktisk to kombinerte effekter - en relatert til trykket inne i ballongen, og det andre på grunn av heliums lekkasje gjennom ballongens vegger.