Mi a lehető legkisebb hélium ballon amivel 1,3 kg-ot felemelhetek, milyen tényezőkkel tudom a légballon emelőerejét növelni?

Elküldve privát üzenetben is, de átmásolom ide, hátha másoknak is hasznos az információ.

1.: A felhajtóerőt a relatív sűrűségek határozzák meg. Archimédesz törvénye a fluid közegekre érvényes, így a folyadékokon kívül a gázokra is. Annál nagyobb felhajtóerőt képes biztosítani egy közeg, minél kisebb a sűrűsége annak annak a közegnek a sűrűségéhez képest, amiben halad. Gázok esetén a sűrűség arányos a móltömeggel, így a héliumnál csak egy anyag van ami kisebb sűrűségű, az pedig a hidrogén. Ez nem mérgező, viszont igencsak balesetveszélyes gáz. Ő képes nagyobb felhajtóerőt biztosítani.

2.: A felhajtóerejét néhány trükkel lehetne növelni, például minél nagyobbnak kell lennie a gáz hőmérsékletének (a részecskék a hőmozgás révén távolabb vannak egymástól, ergó csökken a sűrűsége), míg a közegének amiben halad a lehető legkisebbnek kell lennie. Lehet variálni ennek analógiájára a nyomásokkal (eltolja a sűrűségeket).

3.a: Két elméleti eset lehetséges:

3.a.1: A lufi térfogata nem változik. Ekkor nem történik semmi, esetleg a súrlódóerők (mert ide-oda nyomogatod, súrlódik a közeg) miatt egészen apró felmelegedés tapasztalható, de elhanyagolható mértékben.

3.a.2: A lufi térfogata megváltozik, esetünkben kisebb lesz. A közeg részecskéi közelebb kerülnek egymáshoz (kompresszió), nő a sűrűsége, és felmelegszik (kisebb helyre van bezárva az ugyanakkora kinetikus energiával rendelkező részecskehalmaz).

3.b: Ekkor két, egymással ellentétes folyamat játszódik. Hisz a nyomás növelésével (adiabatikus, tehát a környezettel nem cserél hőt a lufi) nő a hőmérséklet, viszont a magasabb hőmérséklet pedig azt akarja elérni, hogy táguljon a gáz (nagyobb a részecskék kinetikus energiája, távolabbra lökik egymást), ami csökkentené a hőmérsékletet. Mivel épp komprimáljuk a lufit (összenyomod) és nagy munkát fektetsz bele, ezért ez az ellentétes irányú folyamat nem fog számottevő mértékben jelentkezni.

4.: Nem fogsz találni olyan dobozt amit ha héliummal megtöltesz, felemelkedik, mert a hélium és a doboz anyagának átlagsűrűsége nagyobb lesz a levegőjénél. A mágneses tér az apoláris anyagokra nem hat számottevő mértékben (a molekulák szintjén okoz némi apró változást az elektronszerkezetben, de nem játszik szerepet), a polárisakra is csak olyan szinten hat, hogy némileg összerendezi őket. A minap a vaterán láttam egy ún. "fogyasztáscsökkentő" terméket ami abból állt, hogy két erős mágnest rá kell rögzíteni a benzinvezetékre és az olajszűrőre. A mellékelt kép alapján az a "csodamódszere", hogy összerendezi a molekulákat és ezáltal jobb lesz a benzin/levegő elkeverés mértéke. BAROMSÁG. A termék: [link]

Tehát semmit nem érsz el vele.

1 kg súlya 9,81 N, tehát minimum ekkora felhajtóerő szükséges, de inkább sokkal több.

0,7 kg hélium normál légköri nyomáson meg körülbelül 4,3 m^3-t tesz ki (standardállapotban).