氢气球是什么样子的_氢气球放飞图片

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似乎回忆童年总是少不了气球。记忆中的场景，无论是公园里还是大街上，总会有小贩在卖气球，头上顶着一团卡通气球，慢慢地喊着。

从经典的米老鼠和葫芦娃，到蓝猫和淘气鬼，再到喜羊羊和小猪佩奇，卖气球的似乎总是知道孩子们的心是什么样的。

图片:作者拍摄

这些儿时的“朋友”被赋予了一个统一的名字——“氢气球”。

很多细心的朋友可能会奇怪，为什么氢气球能飘进来空，而我们用嘴吹的气球，用打气筒打气的气球却不能？

想知道答案？今天我就带大家一次性了解一下氢气球的前世。

第一部分

氢气球的前世

孩子的要求往往很简单。“能浮在头顶”是他们对一个合格氢气球的最高要求。然而在历史上，氢气球不只是飘在头顶，它还有载人的功能。

世界上第一个氢气球诞生于1780年。它是由法国化学家布拉克将氢气注入猪的膀胱制成的。

世界上第一个没有任何乘客或货物的氢气球是由雅克·查尔斯教授于1783年8月设计并实现的。1783年12月1日，雅克·查尔斯和尼古拉斯·路易斯·罗伯特驾驶他们的第二只氢气球飞行。

随着时间的推移，氢气球的种类和功能不断丰富，包括用于漂浮广告横幅的商用氢气球、用于探测高空的气象氢气球以及用于节日和玩具的小型乳胶氢气球。

图片来源:veer画廊

然而，无论氢气球的用途是什么，它的填充气体实际上只有氢气和氦气。是的，即使它被称为氢气球，氦气偶尔也可以用作填充气体。

之所以选择这两种气体，是从氢气球的漂浮原理和气体的物理化学特性入手。

第二部分

氢气球的漂浮原理

根据阿基米德原理(又称浮力定律)，浸入液体或气体中的物体会受到向上的浮力，浮力等于物体所排开的液体或气体的重力。

具体来说，气球充入低密度气体后，体积膨胀排出空气体，排出的空气体的重量就是气球的浮力(示意图如下)。

氢气球漂浮示意图(作者自制)

因为低密度空气体比同体积的空气体轻，所以即使加上气球蒙皮的重量，气球整体的重力也更轻。结果，当浮力大于重力时，气球漂浮起来，然后越飞越高。

什么样的气体可以让气球漂浮起来？

我们先来看看常见气体的标准密度(单位:kg/m3)

上表列出了一些低于空气体密度(1.29 kg/m3)的常见气体，其中氢气、氦气、氨气、甲烷明显轻于空气体。

其实理论上只要往气球里充以上气体，气球就很容易飘起来，只是有些气体因为自身的特性，不适合充气体。

其中氨气具有强烈的刺激气味，容易吸附在皮肤黏膜和结膜上，从而引起刺激和炎症。作为厕所下水道的臭源，往气球里充氨气，真的不是一个讨人喜欢的行为。

甲烷是家用天然气的主要成分，和氢气一样易燃易爆，但远比氢气重。所以市面上漂浮的“氢气球”的填充气体往往是氢气和氦气。

图像:转向

氢和氦是宇宙中含量最丰富的两种元素，但在地球大气层中含量极少。据统计，由于大气逃逸，我们地球上每年约有9.5万吨氢气和约1600吨氦气逃逸到宇宙中。

幸运的是，由于地球上富含水和各种含氢化合物，获取氢气其实并不难。而氦气作为惰性气体，很难与其他元素形成化合物，所以获取氦气的途径有限。

整个岩石圈估计每年产生3000吨氦，这些氦往往被天然气捕获并富集，人类可以通过开采天然气分离提纯氦。氦是一种不可再生资源，天然氦是目前工业生产氦的唯一来源，这导致了全世界氦资源的全球性短缺。

作为军工、科研、医疗、工业等领域不可多得的战略物资之一，氦的价格远远高于氢。

受限于成本，即使氦气更安全，但市面上的“氢气球”中的填充气体大多是名副其实的氢气。

第三部分

氢是危险的，所以小心玩。

这些充满氢气的美丽气球背后，其实隐藏着巨大的安全和环境隐患。近年来，氢气球爆炸致人死亡的案例屡见报端。

据新闻报道，2014年，某地某购物广场开业典礼期间，一个广告氢气球脱落，飘到了数百公里外的另一个区域。气球被一个孩子发现后，被带回了家。几天后，气球爆炸，导致房屋倒塌，造成两死三伤。

氢气易燃易爆，在空气体中的爆炸极限在4%-75%之间。这意味着在空气体中，只要氢气含量达到这个范围，哪怕只有一点点明火，都会发生爆炸。

更让人担心的是，在实际生活场景中，氢气球的氢气很容易泄漏，不需要明火。仅仅是橡胶摩擦产生的静电火花就足以点燃或引爆氢气球。

而且很多氢气球内填充的氢气不够纯净，填充过程中可能会混入少量空气体，使得本已危险的情况更加危险。

事实上，早在2006年7月，国家气象局等部门就联合发布了《关于进一步加强施放气球安全管理的通知》，倡导用惰性气体替代氢气等易燃易爆气体作为施放气球的填充物，减少安全隐患。

总之，氦气作为惰性气体，极其稳定，不会像氢气一样成为定时炸弹。它的密度足够低，可以为氢气球提供足够的升力。

所以为了大家的安全，在购买氢气球的时候，一定要优先考虑充氦气的氢气球。同时要告诉周围的孩子危险，尽量远离氢气球。

参考资料:

[1]奥斯特菲尔德，P. J.《从热空气到氢气:早期气球的充气和飞行》。[J]奋进号，1990年，第14卷第4期:第194-200页。

[2]扎特曼；沃瑟伯格，G. J。天然气中的氦氩和碳& # 34；(J)。地球物理研究杂志，1961，66(1):277–306。

[3]刘健翔。论氢气球的安全施放[J]环境保护，2016，3。

出品:科普中国

作者:X-Y(中国科学院大连化学物理研究所)