Качество гелия и подъемная сила шаров с гелием
Гелий известного происхождения
Гелий, используемый для надувания шаров, в основном, добывается из недр под Оренбургом, на Гелиевом заводе. Как правило, добытый и очищенный газ закачивается в большие баллоны под высоким давлением, в так называемые реципиенты. Реципиенты установлены на общей раме, а присоединения реципиентов заводятся на общую магистраль. Такие конструкции называются моноблоками, или агрегатами.
На фото изображен моноблок, состоящий из четырех реципиентов, каждый из которых имеет объем 400 л. Каждый реципиент хранит газ под давлением 400 атм. Количество реципиентов в моноблоке может быть разным: 6, 8 и так далее.
Такие заправленные моноблоки устанавливают на грузовики и развозят их по всей нашей необъятной стране, и даже за границу. В каждом городе имеются несколько таких моноблоков, из которых заправляют обычные баллоны по 40 л, 10 л и 5 л уже под давлением в 150 атм. Каждый моноблок может заправить несколько десятков или даже сотен обычных баллонов.
Реципиенты могут быть в собственности у фирм, заправляющих гелием обычные баллоны, или моноблоки предоставляются на условиях аренды, от этого может зависеть цена на гелий. Оборот реципиентов выходит за рамки данной темы, да это и не главное.
Главное в другом. Гелиевый завод проверяет лабораторными методами газ, закачиваемый в реципиенты. На газ, закачиваемый в каждый реципиент, выдается Паспорт качества. В паспорте качества указывается марка гелия и состав газов, закачанных в реципиент.
Копии этого паспорта выдаются на все баллоны, заправляемые из данного реципиента. Любая серьезная фирма, заправляющая гелием баллоны, должна по первому требованию выдавать указанные копии паспортов качества, заверенные своей печатью. Более того, любая серьезная фирма, должна иметь лицензию на заправку баллонов сжатым газом. Лицензия подразумевает наличие государственной регистрации, уплату налогов и прочая.
В гелии марки Б, объемная доля собственно гелия составляет 99,99%. Именно такой гелий подходит для надувания всех типов шаров. Имеются и другие марки гелия, но для целей оформления шарами, марка Б является оптимальной.
Разумеется, есть и другие способы получения гелия известного происхождения. Некоторые энтузиасты просто возят в Оренбург свои баллоны и там их заправляют, при этом неся сокрушительные транспортные издержки, которые сказываются на цене газа. Но и у них есть копии Паспортов качества на газ.
В любом случае, газ, на который можно получить копию Паспорта качества, мы будем называть гелием известного происхождения, т.е. просто: "гелием".
Гелий не известного происхождения
Способов получить такой газ есть превеликое множество. Частные объявления в каждом городе предлагают дешевый газ, поставляемый частными лицами. По частной договоренности, как правило, можно подъехать к какому ни будь гаражу, и неразговорчивый тип, поменяет ваш пустой баллон на полный, за смешные деньги. Конечно же в полном баллоне будет гелий, а что же еще? Смотрите, на баллоне написано: "гелий", значит там гелий и есть. Какой-то...
На самом деле, в баллоне, получаемым таким образом, может быть что угодно. Даже, например, и гелий марки Б. А может быть и смесь гелия с неоном, или с воздухом, или с азотом. Все зависит от того, где именно эти "продавцы" украли, продаваемый газ. Мне это совсем не интересно, пусть с ними полиция разбирается.
Такой дешевый гелий мы будем называть гелием с не известным качеством, или "гелиевой смесью".
Подъемная сила гелия
Гелий есть газ, который легче воздуха. Иными словами, при нормальных условиях, плотность гелия меньше плотности воздуха. При нормальных условиях воздух, занимающий объем 1 м3, будет весить 1293 г, а гелий, занимающий тот же объем, будет весить всего 178 г.
Этим и объясняется подъемная сила шаров, надутых гелием.
Если шар надуть гелием, то он вытеснит объем в окружающем пространстве, который будет весить легче чем аналогичный объем, заполненный воздухом. Окружающее пространство будет действовать на такой шар так, чтобы вытолкнуть его из себя на верх. Это называется подъемной силой (архимедова сила). Чем меньше плотность газа, которым надули воздушный шар, тем больше подъемная сила. На каждый литр пространства, заполненный гелием, будет действовать архимедова сила в размере 1,115 грамм (при нормальных условиях).
Результирующая сила, действующая на надутый гелием шар, есть разница между подъемной силой (архимедовой силой) и весом шара. Если результирующая сила больше ноля, то шар взлетает.
Пример 1
Вес латексного шара 12", без рисунка, производства Sempertex, составляет 3,1 грамма. Объем этого шара, надутого до оптимального размера составляет 14 литров. Архимедова сила составит почти 15,6 грамма, результирующая сила составит почти 12 г.
Такой шар можно надувать не только гелием, но и смесью гелия с воздухом, например, 60% гелия + 40% воздуха, взлетит в любом случае.
Пример 2
Фольгированная фигура "сердце", размером 18", производства Flexmetal, весит 17 грамм. Объем этого надутого "сердца" составляет 21 л, Архимедова сила составит 23 грамма, результирующая сила составит всего 6 грамм, фигура будет летать.
В случае фольгированной фигуры использовать "гелиевые смеси" чревато, необходимо использовать гелий марки Б.
Пример 3
Фольгированная фигура в виде цифры "2", производства Anagram, весит 29 грамм. Объем надутой двойки составляет 28 литров. Архимедова сила составит 30 грамм, результирующая сила составит всего около 1 грамма.
Использование "гелиевых смесей" является совершенно не допустимым, необходимо использовать именно гелий марки Б, иначе никак, не взлетят.
Прекрасным способом испытать качество гелия, является надувание баблсов. У них результирующая сила колеблется на уровне долей грамма. Но об этом - чуть позже.
Всем удачи.
Автор: Сергей Лещанов
12.01.2017