חזרה – בלון בעת ההמראה

בלוני מזג אוויר ובעיית ההליום

פעמיים ביום, באותו רגע בכל רחבי העולם, כ־900 תחנות מזג אוויר משחררות בלון. כל בלון נושא קופסה קטנה של מכשירים, רדיוסונדה, המשדרת בחזרה את הטמפרטורה, הלחץ והלחות של האוויר ככל שהיא מטפסת. הנתונים האלה משמשים לכל תחזית מזג אוויר שאתם קוראים.

בלון מזג אוויר עשוי מגומי דק. על הקרקע ממלאים אותו בכ־2,500 L של גז, ליצירת כדור שקוטרו בערך 1.7 m. כשהבלון עולה, האוויר סביבו נעשה דליל יותר והלחץ בחוץ יורד, ולכן הגז שבתוכו מתפשט והבלון מתנפח. בגובה רב גם קר מאוד, ולכן הגז מתכווץ מעט, אבל הירידה בלחץ גוברת על כך בהרבה. בגובה של כ־30 km מעל הקרקע הבלון גדל לקוטר של שישה או שבעה מטרים, הגומי נקרע, והרדיוסונדה צונחת בחזרה לכדור הארץ בעזרת מצנח קטן.

אותו הליום, על הקרקע ובגובה רב: פחות התנגשויות בחוץ, ולכן הבלון מתנפח

הגז שבתוך הבלון חייב להיות קל יותר מהאוויר. מימן הוא הגז הקל ביותר, והוא זול: תחנות מסוימות מייצרות אותו במקום באמצעות פירוק מים בעזרת חשמל, 2H₂O → 2H₂ + O₂. אבל מימן דליק, ודליפה ליד ניצוץ עלולה להצית שרפה. לכן רוב התחנות משתמשות בהליום, גז אציל שאינו מגיב כלל.

להליום יש בעיה משלו. ההליום בכדור הארץ נוצר באיטיות, במשך מיליוני שנים, כתוצאה מדעיכת α של אורניום ותוריום בסלעים, והוא נאסף מבארות גז טבעי. ברגע שהוא משתחרר לאוויר, הוא עולה, ובהיותו קל כל כך הוא בורח אט־אט לחלל. בתי חולים זקוקים לו כדי לקרר את המגנטים של סורקי MRI, ובשנות מחסור מחירו זינק. שירותי מזג אוויר בכמה מדינות כבר חזרו להשתמש במימן בחלק מהשיגורים, בעזרת משגרים אוטומטיים שמרחיקים אנשים מהגז.

חשבו את מסת ההליום, $m$, בבלון שמולא ב־2,500 L הליום בתנאי חדר (He, 4 g/mol). הניחו שמול אחד של גז תופס 25 L בתנאי חדר.