Heißluftballons
Wenn Sie eine Flasche teilweise mit sehr heißem Wasser füllen und dann einen Ballon darüber spannen, wird sich der Ballon in den nächsten Minuten leicht aufblasen. Das gleiche passiert, wenn Sie einen Ballon über eine leere Flasche spannen und diese Flasche dann in eine Schüssel mit heißem Wasser stecken. Es ist nicht das Wasser, sondern die Hitze im Wasser, die den Ballon aufbläst. Sie wissen es vielleicht nicht, aber Sie bauen tatsächlich Ihren eigenen Heißluftballon.
Was ist Hitze?
Wenn die Luft in der Flasche in die Nähe von heißem Wasser gebracht wird (entweder durch Hinzufügen des Wassers in die Flasche oder durch Eintauchen in eine Schüssel), nimmt die Luft einen Teil der Wärme aus dem Wasser auf. Wärme ist ein Maß für die Bewegung von Molekülen. Je heißer die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Moleküle in der Luft.
Erhitzen eines Gases
Feststoffe bleiben ungefähr gleich groß, solange sie Feststoffe sind, und Flüssigkeiten tun dasselbe, solange sie Flüssigkeiten sind. Gase jedoch nicht. Die Moleküle in einem Gas sind nicht aneinander gebunden. Wenn sie erhitzt werden, breiten sie sich aus und fliegen mit höherer Geschwindigkeit in alle Richtungen. Wenn sie in einem Behälter aufbewahrt werden, z. B. einer Flasche mit einem Ballon darüber, schlagen sie stärker auf die Seiten des Behälters.
Druck und Expansion
Die Moleküle in der Luft erzeugen ständig Druck. Unzählige Moleküle kollidieren jede Sekunde mit allem und erzeugen eine konstante Kraft. Bevor die Luft im Ballon erwärmt wird, erzeugen die Moleküle im Inneren genauso viel Druck wie die Moleküle außen, sodass der Ballon im Gleichgewicht bleibt und sich weder ausdehnt noch zusammenzieht. Wenn sie jedoch erhitzt werden, bewegen sich die inneren Moleküle mit größerer Kraft. Sie erzeugen mehr Druck, wodurch sich der Ballon nach außen ausdehnt, bis sich der Druck ausgleicht.