Miksi ilmapallot ponnahtaa, kun ne jätetään kuumaan autoon?

On hieno poimia helium-ilmapalloja kaupasta ja viedä ne kotiin autossasi, mutta ei ole hyvä idea jättää niitä pitkään kuumaan autoon. Tämä johtuu siitä, että heliumolekyylit kasvavat suuremmiksi, kun ne kuumenevat, joten jos ilmapallosi kuumenevat jatkuvasti, ne lopulta ponnahtavat. Jos sinun on jätettävä ilmapallot autoon kuumana päivänä, on parasta laittaa ne tavaratilaan pois suorasta auringonvalosta.

Kaikilla aineilla on atomeja ja molekyylejä, jotka eivät koskaan lakkaa liikkumasta. Kun lisäät lämpöä aineeseen, molekyylit ja atomit liikkuvat vielä nopeammin. Mutta kun atomit liikkuvat nopeammin, niiden välinen tila kasvaa, jolloin esine laajenee ja vie enemmän tilaa. (Esineen massa ei kuitenkaan muutu.) Päinvastoin tapahtuu, kun lämpö jättää aineen: molekyylit liikkuvat hitaammin, ja atomit liikkuvat lähempänä toisiaan, jolloin esine supistuu ja vie vähemmän tilaa. (Jälleen massa ei muutu.) Kiinteät aineet, nesteet ja kaasut laajenevat, kun lisäät lämpöä, mutta eri tavoin.

Kuten kaikki aineet, helium-molekyylit laajenevat, kun niitä kuumennetaan. Ne ovat jo vähemmän tiheitä kuin ilma (siksi heliumpallot kelluvat ilmassa), ja lämpö tekee niistä vielä tiheämpiä. Helium on kaasu, ja kuten kaikki kaasut, sen molekyylit liikkuvat kaikkiin suuntiin. Kun kaasumolekyylit lentävät ympäriinsä eri suuntiin, ne törmäävät muihin esineisiin ja aiheuttavat painetta. Heliumpallossa ilmapallon materiaali kantaa suurimman osan tästä paineesta. Tästä syystä ilmapallotaiteilijat paisuttavat hieman heliumpalloja kuumalla säällä. Jos siirrät heliumpallot viileämpään ympäristöön, huomaat niiden kutistuvan hieman, koska päinvastoin tapahtuu: Molekyylit supistuvat ja vievät vähemmän tilaa materiaalin sisällä ilmapallot.

Kalvopalloilla ja lateksipalloilla on erilaiset ominaisuudet, mutta heliumi laajenee ilmapallon sisällä materiaalista riippumatta. Kalvopalloilla on kiinteä tilavuus, mikä tarkoittaa, että materiaalilla on hyvin vähän tai ei ollenkaan venymistä. Lateksilla (kumilla) on enemmän venyvyyttä kuin kalvolla, mutta lateksipallo ilmestyy silti lopulta, kun laajenevat helium-molekyylit venyttävät sen rajaansa, koska ne ylittävät lateksin maksimipaineen sallii. Myös tummemmanväriset ilmapallot imevät lämpöä nopeammin ja ponnahtavat siksi nopeammin kuin vaaleammat ilmapallot.