Аэрогель: вещество легче воздуха
Аэрогель — это странный, очень странный материал. У него нет практически ни одного свойства, в которое можно сразу, без доказательств поверить. Лишь подержав брусок аэрогеля в руках или хотя бы посмотрев видеозаписи, где это делает кто-либо другой, начинаешь понимать: похоже, это правда. Являясь твердым материалом, он на 99,8% состоит из воздуха и при этом способен выдерживать вес, превышающий его собственный в 4000 раз (!), что говорит о нечеловеческой прочности.
Аэрогели огнеупорны, воздухопроницаемы, способны впитывать воду или масло, могут — в зависимости от материала изготовления — служить электрическим проводником или не менее эффективным изоляционным материалом. Тем не менее, несмотря на то что изобрели аэрогель почти сто лет назад, сфера его применения на данный момент ограничена. В первую очередь это связано с очень высокой ценой.
Аэрогель на кухне?
В принципе, изготовить аэрогель в домашних условиях можно. Но это будет очень дорого, сложно, и с высокой долей вероятности результат окажется несколько отличным от ожиданий. «Исходником» служит гель — материал (а точнее, дисперсная система), состоящий из двух компонентов — макромолекулярной сетки и низкомолекулярного растворителя, заполняющего поры сетки. «Наполнителем» может служить вода, спирт, углеводороды, а структурой — диоксид кремния, оксид алюминия, желатин В аэрогеле же жидкий наполнитель заменяется воздухом, и получается пористая структура.
Первый аэрогель был получен из так называемого алкогеля — силикагеля (структуры, образованной растворами кремниевых кислот), поры которого были заполнены спиртом. Казалось бы, что может быть проще, достаточно извлечь жидкую составляющую и заменить газообразной. Но если провести такую операцию грубо, то структура «схлопнется» и деформируется. Поэтому получение аэрогеля предполагает определенные трудности.
Простейший способ, который использовал в 1920-х годах изобретатель аэрогеля Сэмюэл Кистлер, выглядит следующим образом. Сперва гель нагревается до критической точки — такой температуры и давления, при которой свойства жидкости и газа не различаются между собой. Затем давление понижается при сохранении критической температуры — при этом вещество сохраняет газообразное состояние.
Затем, второй ступенью, снижается и температура — спирта в структуре при этом слишком мало, чтобы он мог конденсироваться обратно в жидкость, и поры геля остаются наполненными газом (воздухом). В итоге мы получаем недеформированную структуру — аэрогель. Звучит несложно, но построить на кухне устройство для приведения геля к критической температуре, а тем более к давлению — задача не из тривиальных. Но, спешим заметить, это вполне возможно, и прецеденты есть.
Исходный продукт
Аэрогель можно сделать из значительного количества материалов — различных полимеров, металлов Наиболее распространены в промышленности (если это можно назвать «распространением») три типа: на базе силикагелей, углеводородов и оксидов металлов. Чаще всего в экспериментах используют первый тип.
Силика-аэрогели выглядят воздушно-голубыми. Их окраска объясняется тем, что материал содержит большое количество частиц силики (оксида кремния) и заполненных воздухом или газом пор нанометровых размеров, которые рассеивают коротковолновое излучение (синий и фиолетовый) лучше, чем длинноволновое. То есть по той же самой причине, почему небо в ясный день имеет голубой оттенок: за счет рассеяния света на молекулах газов в атмосфере.
Аэрогели на основе углеродных гелей черные, напоминают и на вид, и на ощупь уголь, только очень легкий. Имея очень большую площадь поверхности и будучи хорошими проводниками, они могут использоваться для изготовления суперконденсаторов или топливных элементов.
Наконец, аэрогели на базе оксидов металлов используются в качестве катализаторов при химических реакциях, а также при производстве взрывчатых веществ, карбоновых нанотрубок В отличие от силикогелевых и углеродных собратьев, металлические аэрогели могут быть разных цветов — в зависимости от используемого металла.
Что с этим делать?
Применяются аэрогели в достаточно широком спектре областей, но, так сказать, понемногу. Одна из основных отраслей, использующих подобные материалы, — космическая.
Например, в 1999 году агентство NASA запустило космический аппарат «Стардаст», созданный специально для исследования короткопериодической кометы 81P/Вильда. Пролетев около 4,8 млрд километров, «Стардаст» успешно достиг кометы, сделал ряд фотоснимков и, что очень важно, собрал частицы «звездной пыли» из комы (облака пыли и газа), окружающей комету.
Для сбора образцов как раз и использовался аэрогель, известный своими абсорбирующими качествами. 260 аэрогелевых параллелепипедов уловили значительное количество частиц и послужили «контейнерами», позволившими доставить «звездную пыль» на Землю в полной сохранности. В 2006 году «Стардаст» успешно вернулся, и ученые впервые за много лет получили образцы космического вещества — причем не какого-то, а из «окружения» кометы; анализ полученных образцов стал еще одной вехой в исследовании космоса.
В принципе, в качестве ловушки можно было использовать и другие вещества, но ничто не могло сравниться с аэрогелем по сочетанию «малая масса — высокая адсорбирующая способность».
В 1940-х годах Сэмюэл Кистлер подписал контракт с компанией Monsanto, которая производила и продавала этот материал под торговой маркой Santocel. Содержание воздуха в «сантоселе» составляло порядка 94%. В первую очередь «сантосель» рекламировался как изоляционный материал для пожароопасных производств, поскольку был негорючим и очень легким.
Его абсорбирующие свойства позволяли использовать его в качестве загустителя в напалмовых бомбах, также он использовался при производстве лакокрасочной продукции В течение четверти века Monsanto была единственным производителем аэрогелей в мире, но в 1970-х годах и она свернула производство странного вещества. Слишком мал был спрос, и слишком дорогим и опасным оставалось производство.
Но в 1980-х годах ученые разработали ряд более простых способов получения аэрогеля. Спирт был заменен диоксидом углерода, а применение в технологии изготовления силикагелей алкоголятов кремния снизило токсичность и повысило скорость производства. Аэрогель снова приобрел коммерческую ценность и получил второй шанс.
Ныне аэрогели применяются в различных отраслях промышленности, например при производстве силикона и строительных материалов. Аэрогель можно встретить в красках, косметике, водонепроницаемых и огнеупорных тканях, в ядерной отрасли. Но основное употребление он нашел в сфере изоляционных материалов.
В частности, это идеальный огнеупорный материал, позволяющий увеличить пожарную безопасность зданий, а также теплоизоляционная структура для труднодоступных участков (скажем, оконные щели в точках открывания). Да, стоимость его высока, но при грамотном использовании в определенных местах она выходит даже меньше, нежели при применении традиционных методов. Если в ближайшее время будут разработаны новые, более дешевые методики производства аэрогеля и его стоимость упадет, аэрогель вполне может стать товаром широкого потребления. Как алюминий, нейлон или дерево.
Вперед в будущее
Исследование аэрогелей продолжается. Перед учеными стоит целый ряд задач: сделать материал прочнее, дешевле, а также обезопасить его производство. В 2002 году профессор Николас Левентис из Университета науки и технологий штата Миссури объявил о том, что разработал метод производства нехрупкого аэрогеля (раньше хрупкость была одной из основных проблем материала).
Вещества, созданные по методике Левентиса, получили наименование X-аэрогели — они более прочные и эластичные, но, с другой стороны, их производство весьма опасно и занимает больше времени. Ухудшились и изоляционные свойства. X-аэрогели могут найти применение в сфере производства брони, автомобильных шин, самолетов. Углеродные аэрогели можно применять для создания суперконденсаторов и топливных элементов.
Современная наука чаще всего базируется на исследованиях, которые проводятся в хорошо оборудованных лабораториях целыми институтами. Аэрогелем, как ни странно, может заниматься и ученый-одиночка — необходимое оборудование сравнительно доступно. Это открывает достаточно широкие возможности для исследований. В интернете можно найти целые сайты, посвященные методике и рецептам по изготовлению аэрогелей.
Но мы, кажется, так и не ответили на два важных вопроса, заданных в начале материала: действительно ли аэрогель может быть легче воздуха и почему китайский графеновый аэрогель стал сенсацией. Плотность различных аэрогелей обычно варьируется в пределах от 0,001 до 0,5 г/см^3 (чаще всего порядка 0,02 г/см^3) а плотность воздуха — 0,001225 г/см^3.
То есть аэрогель действительно может быть немного легче воздуха — такой эффект достигается удалением воздуха из пор и замещением его газом, более легким, чем воздух. Китайские же ученые поставили рекорд, добившись плотности 0,00016 г/см^3. Предыдущий рекорд сверхмалой плотности принадлежал материалу под названием аэрографит, созданному год назад немецкими учеными, — его плотность составляла 0,0002 г/см^3.
Основное достижение китайцев не только в разработке нового метода получения аэрогеля и установлении рекорда, но и в отличных свойствах графенового аэрогеля: он удивительно эластичен (восстанавливается после 90%-ного сжатия) и способен абсорбировать количество жидкости (масла), в 900 раз превышающее его собственную массу. Вполне вероятно, новое вещество станет великолепным улавливателем океанического мусора и, что немаловажно, загрязняющих воду веществ, например нефти.
В общем, широкое практическое применение аэрогелей в повседневной жизни, как говорится, на носу. Правда, пока совершенно непонятны размеры этого носа.
Углекислый газ легче или же тяжелее воздуха? Характеристика газа
Содержание:
Углекислый газ, или диоксид углерода, или оксид углерода (IV) СО2 – бесцветный газ с кисловатым запахом и вкусом. Замороженный углекислый газ – «сухой лед», который используется для создания густой пелены тумана в эффектных шоу и при транспортировке продуктов. Углекислый газ не горит, поэтому применяется при тушении пожаров.
Характеристика углекислого газа
Углекислый газ участвует в обменных процессах клетки. Он образуется при окислительных реакциях животных и высвобождается при дыхании. Углекислый газ – главный источник углерода для растительных организмов. Растения при фотосинтезе поглощают диоксид углерода и выделяют кислород, которым дышат животные и человек. Существует ошибочное мнение, что растения выделяют только кислород. Но на самом деле они при отсутствии света выделяют небольшой процент углекислого газа.
Диоксид углерода не токсичен, но при высоких концентрациях приводит к удушьям. Но также он участвует в регуляции сосудистого тонуса. В промышленности углекислый газ применятся как консервант, и на упаковках обозначается как Е290.
Углекислый газ легче или тяжелее воздуха
Диоксид углерода состоит только из двух элементов – углерода и кислорода. Молекулярная масса углекислого газа:
Mr (CO2) = Ar (C) + 2 Ar (O) = 12 + 2 * 16 = 44
Таким образом, молекулярная масса воздуха ниже, чем углекислого газа. Это указывает на то, что воздух легче углекислого газа.
Какой газ тяжелее воздуха
Хлор тяжелее воздуха.
Mr (Cl2) = 2 * 35,5 = 71
Какой газ легче воздуха
Гелий также легче воздуха.
Диоксид углерода иногда оседает в нижних слоях атмосферы из-за того, что углекислый газ тяжелее воздуха. Существует эффект «собачьей пещеры», при котором диоксид углерод оседает на высоте полутора метров от поверхности земли. Взрослый человек не почувствует избыток углекислого газа в воздухе, а собаки из-за своего небольшого роста оказываются в слое диоксида углерода и, таким образом, отравляются.
Когда воздух кажется тяжелым
В марте текущего года многочисленные технические СМИ опубликовали сенсационную новость: ученые из Чжэцзянского университета в Ханчжоу получили наилегчайший материал в мире — аэрогель на основе графена, кубический сантиметр которого весит всего 0,16 мг. Но это же в семь с половиной раз легче воздуха! Здесь явно какой-то подвох — может ли твердое вещество однородной структуры быть столь легким?
Аэрогель — это странный, очень странный материал. У него нет практически ни одного свойства, в которое можно сразу, без доказательств поверить. Лишь подержав брусок аэрогеля в руках или хотя бы посмотрев видеозаписи, где это делает кто-либо другой, начинаешь понимать: похоже, это правда. Являясь твердым материалом, он на 99,8% состоит из воздуха и при этом способен выдерживать вес, превышающий его собственный в 4000 раз (!), что говорит о нечеловеческой прочности.
Аэрогели огнеупорны, воздухопроницаемы, способны впитывать воду или масло, могут — в зависимости от материала изготовления — служить электрическим проводником или не менее эффективным изоляционным материалом. Тем не менее, несмотря на то что изобрели аэрогель почти сто лет назад, сфера его применения на данный момент ограничена. В первую очередь это связано с очень высокой ценой.
Аэрогель на кухне?
В принципе, изготовить аэрогель в домашних условиях можно. Но это будет очень дорого, сложно, и с высокой долей вероятности результат окажется несколько отличным от ожиданий. «Исходником» служит гель — материал (а точнее, дисперсная система), состоящий из двух компонентов — макромолекулярной сетки и низкомолекулярного растворителя, заполняющего поры сетки. «Наполнителем» может служить вода, спирт, углеводороды, а структурой — диоксид кремния, оксид алюминия, желатин и т. д. В аэрогеле же жидкий наполнитель заменяется воздухом, и получается пористая структура.
Первый аэрогель был получен из так называемого алкогеля — силикагеля (структуры, образованной растворами кремниевых кислот), поры которого были заполнены спиртом. Казалось бы, что может быть проще, достаточно извлечь жидкую составляющую и заменить газообразной. Но если провести такую операцию грубо, то структура «схлопнется» и деформируется. Поэтому получение аэрогеля предполагает определенные трудности.
Простейший способ, который использовал в 1920-х годах изобретатель аэрогеля Сэмюэл Кистлер, выглядит следующим образом. Сперва гель нагревается до критической точки — такой температуры и давления, при которой свойства жидкости и газа не различаются между собой. Затем давление понижается при сохранении критической температуры — при этом вещество сохраняет газообразное состояние.
Затем, второй ступенью, снижается и температура — спирта в структуре при этом слишком мало, чтобы он мог конденсироваться обратно в жидкость, и поры геля остаются наполненными газом (воздухом). В итоге мы получаем недеформированную структуру — аэрогель. Звучит несложно, но построить на кухне устройство для приведения геля к критической температуре, а тем более к давлению — задача не из тривиальных. Но, спешим заметить, это вполне возможно, и прецеденты есть.
Исходный продукт
Аэрогель можно сделать из значительного количества материалов — различных полимеров, металлов и т. д. Наиболее распространены в промышленности (если это можно назвать «распространением») три типа: на базе силикагелей, углеводородов и оксидов металлов. Чаще всего в экспериментах используют первый тип.
Силика-аэрогели выглядят воздушно-голубыми. Их окраска объясняется тем, что материал содержит большое количество частиц силики (оксида кремния) и заполненных воздухом или газом пор нанометровых размеров, которые рассеивают коротковолновое излучение (синий и фиолетовый) лучше, чем длинноволновое. То есть по той же самой причине, почему небо в ясный день имеет голубой оттенок: за счет рассеяния света на молекулах газов в атмосфере.
Аэрогели на основе углеродных гелей черные, напоминают и на вид, и на ощупь уголь, только очень легкий. Имея очень большую площадь поверхности и будучи хорошими проводниками, они могут использоваться для изготовления суперконденсаторов или топливных элементов.
Наконец, аэрогели на базе оксидов металлов используются в качестве катализаторов при химических реакциях, а также при производстве взрывчатых веществ, карбоновых нанотрубок и т. д. В отличие от силикогелевых и углеродных собратьев, металлические аэрогели могут быть разных цветов — в зависимости от используемого металла.
Что с этим делать?
Применяются аэрогели в достаточно широком спектре областей, но, так сказать, понемногу. Одна из основных отраслей, использующих подобные материалы, — космическая.
Например, в 1999 году агентство NASA запустило космический аппарат «Стардаст», созданный специально для исследования короткопериодической кометы 81P/Вильда. Пролетев около 4,8 млрд. километров, «Стардаст» успешно достиг кометы, сделал ряд фотоснимков и, что очень важно, собрал частицы «звездной пыли» из комы (облака пыли и газа), окружающей комету.
Для сбора образцов как раз и использовался аэрогель, известный своими абсорбирующими качествами. 260 аэрогелевых параллелепипедов уловили значительное количество частиц и послужили «контейнерами», позволившими доставить «звездную пыль» на Землю в полной сохранности. В 2006 году «Стардаст» успешно вернулся, и ученые впервые за много лет получили образцы космического вещества — причем не какого-то, а из «окружения» кометы; анализ полученных образцов стал еще одной вехой в исследовании космоса.
Образцы «звездной пыли» из кометы 81P/Вильда, пойманные аэрогелевыми ловушками исследовательского аппарата Stardust. Фото с сайта stardust.jpl.nasa.gov
В принципе, в качестве ловушки можно было использовать и другие вещества, но ничто не могло сравниться с аэрогелем по сочетанию «малая масса — высокая адсорбирующая способность».
В 1940-х годах Сэмюэл Кистлер подписал контракт с компанией Monsanto, которая производила и продавала этот материал под торговой маркой Santocel. Содержание воздуха в «сантоселе» составляло порядка 94%. В первую очередь «сантосель» рекламировался как изоляционный материал для пожароопасных производств, поскольку был негорючим и очень легким.
Его абсорбирующие свойства позволяли использовать его в качестве загустителя в напалмовых бомбах, также он использовался при производстве лакокрасочной продукции и т. д. В течение четверти века Monsanto была единственным производителем аэрогелей в мире, но в 1970-х годах и она свернула производство странного вещества. Слишком мал был спрос, и слишком дорогим и опасным оставалось производство.
Но в 1980-х годах ученые разработали ряд более простых способов получения аэрогеля. Спирт был заменен диоксидом углерода, а применение в технологии изготовления силикагелей алкоголятов кремния снизило токсичность и повысило скорость производства. Аэрогель снова приобрел коммерческую ценность и получил второй шанс.
Ныне аэрогели применяются в различных отраслях промышленности, например при производстве силикона и строительных материалов. Аэрогель можно встретить в красках, косметике, водонепроницаемых и огнеупорных тканях, в ядерной отрасли. Но основное употребление он нашел в сфере изоляционных материалов.
В частности, это идеальный огнеупорный материал, позволяющий увеличить пожарную безопасность зданий, а также теплоизоляционная структура для труднодоступных участков (скажем, оконные щели в точках открывания). Да, стоимость его высока, но при грамотном использовании в определенных местах она выходит даже меньше, нежели при применении традиционных методов. Если в ближайшее время будут разработаны новые, более дешевые методики производства аэрогеля и его стоимость упадет, аэрогель вполне может стать товаром широкого потребления. Как алюминий, нейлон или дерево.
Вперед в будущее
Исследование аэрогелей продолжается. Перед учеными стоит целый ряд задач: сделать материал прочнее, дешевле, а также обезопасить его производство. В 2002 году профессор Николас Левентис из Университета науки и технологий штата Миссури объявил о том, что разработал метод производства нехрупкого аэрогеля (раньше хрупкость была одной из основных проблем материала).
Вещества, созданные по методике Левентиса, получили наименование X-аэрогели — они более прочные и эластичные, но, с другой стороны, их производство весьма опасно и занимает больше времени. Ухудшились и изоляционные свойства. X-аэрогели могут найти применение в сфере производства брони, автомобильных шин, самолетов. Углеродные аэрогели можно применять для создания суперконденсаторов и топливных элементов.
Современная наука чаще всего базируется на исследованиях, которые проводятся в хорошо оборудованных лабораториях целыми институтами. Аэрогелем, как ни странно, может заниматься и ученый-одиночка — необходимое оборудование сравнительно доступно. Это открывает достаточно широкие возможности для исследований. В интернете можно найти целые сайты, посвященные методике и рецептам по изготовлению аэрогелей.
Основное достижение китайцев не только в разработке нового метода получения аэрогеля и установлении рекорда, но и в отличных свойствах графенового аэрогеля: он удивительно эластичен (восстанавливается после 90-процентного сжатия) и способен абсорбировать количество жидкости (масла), в 900 раз превышающее его собственную массу. Вполне вероятно, новое вещество станет великолепным улавливателем океанического мусора и, что немаловажно, загрязняющих воду веществ, например нефти.
В общем, широкое практическое применение аэрогелей в повседневной жизни, как говорится, на носу. Правда, пока совершенно непонятны размеры этого носа.
Сделай сам
На сайте aerogel.org приведена пошаговая инструкция по изготовлению установки для сверхкритической сушки — того самого устройства, которое позволит получать аэрогели в домашних условиях, а также целый ряд инструкций по созданию аэрогелей различных типов.
Сверхкритическая сушка
1. Высокотемпературный процесс начинается с того, что берется твердый гель (изготовленный с использованием, например, алкоголятов кремния), катализатор и водный раствор спирта.
2. Для удаления избытка воды гель несколько раз замачивают в спирте.
3. Затем гель под давлением помещают в контейнер со спиртом и доводят до критической точки путем повышения температуры и давления.
4. По прохождении критической точки вещество приобретает одновременно свойства жидкости и газа. Затем давление постепенно понижается при сохранении постоянной температуры. Флюиды в газообразной форме выходят из вещества.
5. Во время охлаждения частицы диоксида кремния образуют твердую структуру. Оставшегося спирта в газообразной форме слишком мало, чтобы конденсироваться обратно в жидкость, — он остается в нанопорах в качестве газа. Остаточный газ выводится из аэрогеля с помощью вентиляции.
СОДЕРЖАНИЕ
Газы, используемые для подъема
Горячий воздух
Водород
Гелий
Главное преимущество в том, что этот газ негорючий. Но у использования гелия есть и недостатки:
Угольный газ
Аммиак
Аммиак использовался в качестве подъемного газа в воздушных шарах, но, несмотря на дешевизну, он относительно тяжел (плотность 0,769 г / л при стандартной молекулярной массе 17,03 г / моль), ядовит, раздражает и может повредить некоторые металлы и пластмассы.
Метан
Комбинации
Также возможно комбинировать некоторые из вышеперечисленных решений. Хорошо известным примером является воздушный шар Rozière, в котором сердцевина из гелия сочетается с внешней оболочкой из горячего воздуха.
Теоретически пригодные для подъема газы
Водяной пар
Фтористый водород
Фтористый водород легче воздуха и теоретически может использоваться в качестве подъемного газа. Однако он чрезвычайно агрессивен, высокотоксичен, дорог, тяжелее других подъемных газов и имеет высокую температуру кипения 19,5 ° C. Поэтому его использование было бы непрактичным.
Ацетилен
Ацетилен на 10% легче воздуха и может использоваться в качестве подъемного газа. Его исключительная воспламеняемость и низкая подъемная сила делают его непривлекательным выбором.
Цианистый водород
Неон легче воздуха (плотность 0,900 г / л на STP, средняя атомная масса 20,17 г / моль) и может поднять воздушный шар. Как и гелий, он негорючий. Однако на Земле он встречается редко и дорого, и относится к числу наиболее тяжелых подъемных газов.
Чистый азот имеет то преимущество, что он инертен и широко доступен, поскольку он является основным компонентом воздуха. Однако, поскольку азот всего на 3% легче воздуха, он не является очевидным выбором для подъемного газа.
Вакуум
Теоретически в аэростатическом транспортном средстве можно использовать вакуум или частичный вакуум. Еще в 1670 году, за столетие до первого полета человека на воздушном шаре, итальянский монах Франческо Лана де Терци изобразил корабль с четырьмя вакуумными сферами.
В теоретически идеальной ситуации с невесомыми сферами «вакуумный шар» будет иметь чистую подъемную силу на 7% больше, чем баллон, заполненный водородом, и на 16% больше полезной подъемной силы, чем наполненный гелием. Однако, поскольку стенки воздушного шара должны оставаться жесткими без взрыва, воздушный шар непрактично конструировать из всех известных материалов. Несмотря на это, иногда по этой теме идет обсуждение.
Водород против гелия
Подъемная сила водорода и гелия в воздухе может быть рассчитана с помощью теории плавучести следующим образом:
Где F B = подъемная сила (в Ньютонах ); g = ускорение свободного падения = 9,8066 м / с 2 = 9,8066 Н / кг; V = объем (в м 3 ). Следовательно, количество массы, которое может быть поднято водородом в воздухе на уровне моря, равное разнице плотностей между водородом и воздухом, равно:
а выталкивающая сила для одного м 3 водорода в воздухе на уровне моря составляет:
1 м 3 × 1,202 кг / м 3 × 9,8 Н / кг = 11,8 Н
Следовательно, количество массы, которое гелий может поднять в воздухе на уровне моря, составляет:
а выталкивающая сила для одного м 3 гелия в воздухе на уровне моря составляет:
1 м 3 × 1,114 кг / м 3 × 9,8 Н / кг = 10,9 Н
Таким образом, дополнительная плавучесть водорода по сравнению с гелием составляет:
11,8 / 10,9 ≈ 1,08, или примерно 8,0%
Расчет сделан на уровне моря при 0 ° C. На больших высотах или при более высоких температурах подъемная сила будет уменьшаться пропорционально плотности воздуха, но отношение подъемной способности водорода к подъемной способности гелия останется прежним. Этот расчет не включает массу оболочки, необходимую для удержания подъемного газа.
Полеты на воздушном шаре
На больших высотах давление воздуха ниже и, следовательно, давление внутри шара также ниже. Это означает, что в то время как масса подъемного газа и масса вытесненного воздуха для данной подъемной силы такие же, как на более низкой высоте, объем воздушного шара намного больше на больших высотах.
Воздушный шар, который предназначен для подъема на экстремальные высоты ( стратосфера ), должен иметь возможность сильно расширяться, чтобы вытеснить необходимое количество воздуха. Поэтому такие воздушные шары на старте кажутся почти пустыми, что видно на фото.
Затопленные воздушные шары
Из-за огромной разницы в плотности воды и газов (вода примерно в 1000 раз плотнее, чем большинство газов), подъемная сила подводных газов очень велика. Тип используемого газа в значительной степени не имеет значения, поскольку относительные различия между газами незначительны по сравнению с плотностью воды. Однако некоторые газы могут сжижаться под высоким давлением, что приводит к резкой потере плавучести.
Подводный воздушный шар, который поднимается, будет расширяться или даже взорваться из-за сильного снижения давления, если только газ не сможет непрерывно выходить во время всплытия или воздушный шар не будет достаточно прочным, чтобы выдержать изменение давления.
Воздушные шары на других небесных телах
Воздушный шар может обладать плавучестью только в том случае, если есть среда с более высокой средней плотностью, чем сам воздушный шар.
