氢气球想必大家都玩过。它不仅仅是小孩子的玩具,很多大的活动放飞也离不开氢气球。我们都知道,氢气球如果没有束缚住的东西,最终会越飞越高,最后看不见了。
自从我们人类知道地球具有万有引力后,几乎地球上所有具有质量的东西都是受到万有引力束缚的,在没有做工的情况下,是不能离开地面的。那么,氢气球我们只要轻轻一放手它就能飞起来,并不需要任何的动力做工,它为何能飘起来呢?
〔物质密度和浮力关系〕
氢气是目前地球已知密度最低的气体,也是地球最轻的物质。其密度只有0.0899克一升的密度。这个有多轻,大约一立方米的氢气只有90克左右的重量。
我们知道,在没有人为干预的情况下,一个物体要想漂浮在水面上,那么这个物体的密度绝对要小于水。一个石头和一个泡沫板,就算泡沫板比石头重,但是同时投入水中,石头绝对是沉入水底,而泡沫板会漂浮。原因就在于石头的密度大于水,而泡沫的密度小于水!
漂浮的物体,密度小于水
实验:一块泡沫板用力压入水中,松手,可以看到在失去压力情况下,低密度的泡沫板会迅速浮起来,存在一个上升过程!
液体的这种浮力关系我们同样可以适用于气体!
〔氢气的上升可以看成是被“挤上去的”〕
前面我们说到,在地球已知的气体当中,氢气是密度最小的。相对于空气1.293克每升,空气的密度是氢气的14倍左右。
在这种情况下,氢气这种低密度的气体,就会在浮力的作用下产生一个上升的过程。我们也可以看作他是被其他气体挤上去的。
重气体对轻气体产生空间排挤
物质所受地球引力而表现的力叫做重力。重力的大小和质量成正比例关系。
由此我们可以得知。氢气所受的重力是没有空气大的。在万有引力作用下,空气受重力作用会下沉,而下沉时,需要空间。而密度低的气体像氢气之类就会被空气所排挤,朝下是不可能,只有被挤往密度更低的上层大气,上升过程由此而来!
〔氢气球上升过程是涨肚子〕
再由上我们可以知道。虽然作为密度最轻的气体。亲戚也是没有办法飘出大气层的。顶多是回到大气密度最低的地方。
但事实上。氢气球根本没有办法回到那么高的地方。在上升的过程中,随着空气密度越来越低,那么气压也会逐渐的减小。在这个时候。氢气球本身相对外界空气是一个相对高压的状态。
在这种压力不平衡的条件下。氢气球会由内而外产生膨胀,随着膨胀越来越大,最终气球会发生爆炸。这个爆炸高度差不多在1500米左右。所以小伙伴们,小时候看到越飘越高的氢气球,不要以为它能飘到地球之外了。