L'hélium est un élément, numéro atomique 2, poids atomique 4.003. Il est plus léger que l'air, et est utilisé pour remplir des ballons parce qu'ils vont augmenter, que ce soit des ballons de fête, des ballons météorologiques, des ballons de gaz (pour Voyage) ou dirigeables. Cela est dû à une densité plus faible que l'air de l'hélium.
Loi des gaz parfaits
Il y a plus d'un siècle, les lois fondamentales de gaz ont été tirées. Ces lois concernent la pression, la masse et le volume. La loi des gaz parfaits lit,
pV = nRT
Cette loi dit temps de pression volume d'un gaz V, est égal aux «taupes» du gaz n, fois une constante R, fois sa température T. Quelles sont les taupes? Taupes égale au poids d'un gaz divisé par son poids moléculaire. La loi des gaz devient,
pV = (w / mw) x (RT)
temps de pression Volume = Poids divisé par fois le poids moléculaire constante fois R température T
Maintenant, nous allons réorganiser cette formule de sorte que seul le poids et le volume sont sur le côté gauche de l'équation et tout le reste est sur le côté droit. Nous obtenons le résultat,
w / V = (p / RT) x mw
Comparaison à l'eau
Envisager une piscine d'eau. Si un bloc de plomb est maintenue juste sous la surface de l'eau et se laisse aller, il va couler, rapidement. Si le même morceau de bois de taille est placée sous la surface de l'eau et laissez aller, il se lèvera. Maintenant, si le même morceau de mousse de polystyrène de taille est mis dans l'eau, il va soudainement sauter à la surface. Pourquoi? Parce qu'il est beaucoup plus léger. Être plus précis, il est parce que le poids d'un volume donné de plomb et de mousse de polystyrène sont tellement plus lourd et plus léger que la même quantité d'eau. Le poids par volume donné est appelé «densité». Plomb coule parce que la densité du plomb est supérieure à celle de l'eau. Styrofoam flotte en raison de la densité de la mousse de polystyrène est inférieure à celle de l'eau. Mathématiquement,
D = P / V
Densité = Poids divisé par Volume
Modification de la loi de gaz
De cela, nous pouvons modifier la loi des gaz parfaits pour lire,
D = (p / RT) x mw
Calcul Utilisation Modification
Par souci de simplicité, prendre le poids moléculaire de l'hélium à 4,0 même. Air a un poids moléculaire de près de 29 si sec, et un peu moins si elle est mouillée. Nous allons arrondir à 28. Ensuite, à l'intérieur d'un ballon,
De l'hélium,
D = 4 (p / RT)
Pour l'air,
D = 28 (p / RT)
Si le ballonnet est rempli d'air et un autre ballon est rempli d'hélium, la pression est la même à l'intérieur des deux. La température est la même. La constante est la même. Si l'on divise les deux équations, l'une par l'autre, nous obtenons
4 (p / RT) divisé par 28 (p / RT) = 1/7
Évaluation
L'équation dit la densité de l'hélium est environ 1 / 7ème celle de l'air. La valeur loi des gaz parfaits est très proche. Si nous laissons aller d'un ballon de fête, il saute hors de notre main.