Løft av gass
Å bære gass er en gass som brukes som fylling for luftskip og gassballonger . Den har lavere tetthet enn flyet som omgir luften . Dette resulterer i en statisk oppdrift i henhold til Archimedean-prinsippet .
De viktigste bærergassene er hydrogen , helium og varm luft .
beskrivelse
For dette formål kan det brukes gasser som har lavere tetthet enn luft (ca. 1,293 kg / m 3 under normale forhold ). Fra et fysisk synspunkt, er hydrogen ideell for dette som det letteste av alle elementer med et atommasse på bare ~ 1.0u, molekylmasse H- 2 av 2u og en densitet på kun 0,0899 kg / m 3 . Siden denne gassen også er relativt enkel og billig å produsere, var den dominerende som en løftegass godt inn i det 20. århundre. Imidlertid er hydrogen svært brannfarlig og til og med eksplosiv når det blandes med oksygen , for eksempel fra luften ( oxyhydrogen ). På grunn av disse ulempene ble den gradvis erstattet av inert edelgass helium så snart det kunne produseres i tilstrekkelige mengder. Før andre verdenskrig var det imidlertid bare USA som kunne gjøre dette . I ballongsport brukes imidlertid bare hydrogen fremdeles til gassballonger, siden heliumfylling vil være altfor dyrt.
Helium, det nest letteste elementet, har fire ganger atommassen med ~ 4,0 u, men siden den eksisterer som en edelgass i form av atomer og ikke kiselgurmolekyler, har den bare en dobbel, ifølge Avogadros lov , 0,1785 kg / m 3 like stor tetthet som hydrogen. Siden det ikke er den absolutte tettheten, men forskjellen i lufttettheten som er avgjørende for oppdrift, genererer en heliumfylling bare ca. 8% mindre oppdrift enn en hydrogenfylling.
Både helium og hydrogen har egenskapen til å diffundere gjennom mange stoffer (ballonghylster) . Det kan også skje at gass må frigjøres for å kompensere for oppdrift . Ved stadig fylte ballonger eller luftskip, må en liten del av gassen derfor skiftes ut med jevne mellomrom.
Med en kubikkmeter hydrogen kan det genereres en statisk løfting på 1,203 kg, med en kubikkmeter helium en heis på 1,1145 kg; disse verdiene gjelder imidlertid bare under normale forhold . I en viss høyde er det et lavere lufttrykk (se formel for barometrisk høyde ), som krever et større løftegassvolum (men med samme løftegassmasse) for samme oppdrift.
De oppgitte verdiene resulterer i en sjenerøs tommelfingerregel: For å løfte en masse på ett kilo med ballongdrift, kreves det rundt en kubikkmeter løftegass, tilsvarende et gram på en liter .
Tidligere ble den lett tilgjengelige og billige belysningsgassen også brukt som løftegass. I tillegg til ulempen med en betydelig lavere oppdrift, måtte brannfare og toksisitet aksepteres. Siden den offentlige gassforsyningen ble byttet til naturgass , er det ikke lenger kullgass tilgjengelig.
Over 100 ° C er overopphetet damp også tilgjengelig som en løftegass, som (molekylvekt = 18) genererer omtrent dobbelt så mye løft per gassvolum som luft med samme temperatur, og dermed nesten tre fjerdedeler av helium eller hydrogen. I 2006 ble den skalerte modellen av en varm dampballong, den varme damp aerostat HeiDAS UH, presentert i Tyskland. Ved en damptemperatur på 150 ° C ble det oppnådd et løft på 735 gram / kubikkmeter. Prisen for denne tjenesten betales av uvanlige materialer, fordi skallmaterialet er dampbestandig som rustfritt stål, men lett som plast. Vanndamp er den mest effektive ikke-brennbare løftegassen, som ikke trues av ressursmangel.
Siden heliumavsetningene er begrensede og gassen blir stadig knappere og dyrere på grunn av det økende forbruket, har ballong- og luftskipsteknologien begynt å blande hydrogen og helium i et visst volumforhold. Denne gassblandingen har da en høyere bæreevne enn helium alene, men er billigere, og på den annen side, i motsetning til hydrogengassen, er den inert og ikke brannfarlig (inert).