Sådan fungerer heliumballoner

I dette tilfælde flyder den heliumballon, som du holder i en snor, i en "pulje" af luft (når du er under vandet på bunden af en swimmingpool, står du i en "pulje af vand", der måske er en meter dyb - når du står på en åben mark, står du på bunden af en "pulje af luft", der er mange kilometer dyb). Heliumballonen flytter en mængde luft (ligesom den tomme flaske flytter en mængde vand). Så længe heliumet plus ballonen er lettere end den luft, den fortrænger, fortsætter ballonen med at svæve i luften.

Det viser sig, at helium er meget lettere end luft. Forskellen er ikke så stor som mellem vand og luft (en liter vand vejer ca. 1.000 gram, mens en liter luft vejer ca. 1 gram), men den er betydelig. Helium vejer 0,1785 gram pr. liter. Kvælstof vejer 1,2506 gram pr. liter, og da kvælstof udgør ca. 80 % af den luft, vi indånder, er 1,25 gram en god tilnærmelse af vægten af en liter luft.

Læs også: pynt til fødselsdag

Så hvis du fylder en 1 liters sodavandsflaske med helium, vejer den flaske ca. 1 gram mindre end den samme flaske fyldt med luft. Det ser ikke ud til at være meget - selve flasken vejer mere end et gram, så den flyder ikke. I store mængder kan forskellen på 1 gram pr. liter mellem luft og helium imidlertid blive meget stor. Det forklarer, hvorfor luftballoner og balloner generelt er ret store - de skal flytte meget luft for at kunne flyde. 

Hvor meget kan den løfte?

En ballon med en diameter på 30 meter kan løfte 33.000 pund! Så du kan beregne heliumets løftekapacitet i en kugleformet heliumballon:

• Bestem ballonens volumen. Rumfanget af en kugle er 4/3 * pi * r3, hvor r er ballonens radius. Bestem derfor først kuglens radius (radius er halvdelen af diameteren). Kubusér radius (multiplicer med sig selv to gange: r*r*r), multiplicer med 4/3 og derefter med Pi. Hvis du måler din ballon i fod, giver det dig ballonens volumen i kubikfod.
• En kubikfod helium løfter ca. 28,2 gram, så multiplicer ballonens volumen med 28,2.
• Divider med 448 - antallet af gram i et pund - for at bestemme, hvor mange pund ballonen kan løfte.
• Så en ballon på 20 fod har f.eks. en radius på 10 fod. 10* 10 * 10 * 10 * 3,14 * 4/3 = 4,186 kubikfod volumen. 4,186 kubikfod * 28,2 gram/kubikfod = 118,064 gram. 118,064 gram / 448 gram pr. pund = 263 pund løftekraft.

Brintballoner

Selv om de ikke bruges meget længere, var brintballoner engang meget populære. Brint vejer kun 0,08988 gram pr. liter. Det er imidlertid meget brandfarligt, så den mindste gnist kan forårsage en enorm eksplosion.

Så hvorfor er helium og brint så meget lettere end luft? Fordi hydrogen- og heliumatomer er lettere end et nitrogenatom. De har færre elektroner, protoner og neutroner end nitrogenatomer, og det gør dem lettere (hydrogen har en atomvægt på ca. 1, helium har en atomvægt på ca. 4 og nitrogen har en atomvægt på ca. 14). Ca. det samme antal atomer af hvert af disse grundstoffer fylder ca. det samme rum. Derfor er gasser med lettere atomer lettere.