ヘリウムガスの比重

質問

ヘリウムガスのバルーンを作って、「20kgの浮力」を得るのに必要な、
気球（バルーン）の体積、（ヘリウムの量）を教えて欲しいです。

お願いします。

回答No.2

siegmund · ベストアンサー

回答書こうとしたら，もう dragon-2 さんの回答が出ていました．
蛇足の補足ですが....

私の回答も dragon-2 さんと基本的に同じです．
空気は 0℃，１気圧，1 [m^3]で 1.293 [kg]，
ヘリウムの方は 0.178 [kg] です．
15℃ にしますと，273/(15+273) をかけまして
空気は 1.226 [kg]，ヘリウムは 0.169 [kg]．
したがって， 1 [m^3] あたり，1.226-0.169≒1.06 [kg]
の浮力が得られます．

もし水素なら重さはヘリウムの半分ですから，
同様の計算で浮力は 1.2 [kg] ほどになります．
ドカンという心配があるので水素の気球はおすすめできませんが...
昔，飛行船ヒンデンブルク号炎上の悲劇というのがありました．

さて， 20 [kg]の浮力には
20÷1.06＝18.9 [m^3] の体積のヘリウムが必要です
(この値は 15℃，１気圧です)．
重さにして 18.9×0.169≒3.2 [kg] ですね．

あと，ヘリウム入りバルーンで何かを浮かそうというのでしたら，
バルーン自体の重さもお忘れなく．
ヘリウムは１原子分子で大きさが小さいので，
薄いゴムなどでは通り抜けて逃げていってしまいます．
商店街で配っていたり縁日で売っていたりするヘリウム入りのゴム風船，
１日経つとずいぶんしぼんじゃいますね．
あれはヘリウムが逃げてしまうからです．
ヘリウムが逃げないためにはかなり厚いゴムが必要で，
当然重さもそれなりに重くなります．

補足

回答、ありがとう御座いました。
化学は、全くの無知なので質問の、状況説明が不充分でした、
気温によっても浮力が変化するのは当然ですね。
バルーンは「真夏の砂浜」で上げる予定なので気温30度以上はあると
思います。
「ヘリウムが逃げやすい」と言うのは初耳でした。
ヘリウムが逃げにくい素材としては何がお勧めですか？
ビニールを予定してましたが、やはりアルミ蒸着フィルムの様な物を
使った方が良いですか？。

回答No.3

siegmund

> ヘリウムが逃げにくい素材としては何がお勧めですか？
> ビニールを予定してましたが、やはりアルミ蒸着フィルムの様な物を
> 使った方が良いですか？。

私は物理屋ですが気球関係は全くの専門外なので，
バルーンの材料については責任あるお答えは手に余ります．
ヘリウムの逃げる速さと気球を使う時間との関係もありますよね．
あとは，丈夫さなども考えないといけませんね．

気球関係のＨＰは検索でかなりヒットするようですから，
そちらの方を調べられた方が良いかと思います．

液体ヘリウムを使った低温実験では低温容器に魔法瓶の親玉みたいなものを
使うのですが，ヘリウムが残ったまま室温に戻してしばらく置いてしまうと，
ヘリウムがガラスを通り抜けて断熱真空の真空度が悪くなってしまうことが
知られています．

お礼

siegmund様、ご返答ありがとう御座いました。
早速、気球関係で検索してみようと思います。

回答No.1

dragon-2

空気の平均分子量を28.8とします。22.4リットルで28.8ｇということです。
ですから、バルーンによる空気の排除体積の空気の重さが浮力になりますから、排除体積をＶとすると
　28.8×Ｖ／22.4＝20×1000＋4×Ｖ／22.4
　Ｖ＝18.36　ｍ^3（立方メートル）
　約３．２８Ｋｇ　の　ヘリウムが必要になります。
　ただし、この計算は理想気体であること、０℃、１atmであることを条件としています。
　急いで計算しましたから、間違えたら誰か指摘してください。

お礼

回答、ありがとう御座いました。