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Nachricht |
blackfeet
Gast
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 blackfeet Verfasst am: 23. Jan 2005 18:46 Titel: Berechnung eines Heliumballons (Auftrieb, Gasgleichung) |
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Hallo!
Ich bin zum 1. mal am physikerboard und muss gleich am Anfang einmal sagen, dass ich physikalisch sehr ungebildet bin, also bitte alles relativ genau erklären.
Nun zu meiner Frage:
Wenn ich Helium in einen Luftballon pumpe steigt er auf. Das ist ja ganz logisch da das Helium leichter als die Luft ist. Aber wie kann ich genau berechnen wie viel Helium ich benötige um den Luftballon ins schweben zu bringen?
Das ist doch bestimmt Luftdruckabhängig, oder? Außerdem ist das doch auch bestimmt von der Temparatur und vom Volumen des Luftballons abhängig.
Es wäre nett wenn mir jemand erklären könnte wie ich das berechnen kann, wenn ich annehme dass der Luftballon 10g hat.
Ich hoffe der Beitrag ist im richtigen Forum, aber ich denke dass das mit Kräften zu tun hat 
Danke
Blackfeet |
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Nikolas
Ehrenmitglied
Anmeldungsdatum: 14.03.2004
Beiträge: 1873
Wohnort: Freiburg im Brsg.
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| Nikolas Verfasst am: 23. Jan 2005 19:03 Titel: |
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Für den Ballon wird dir das hier weiterhelfen: Heissluftballon
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Nikolas, the mod formerly known as Toxman.
Erwarte das Beste und sei auf das Schlimmste vorbereitet.
Zuletzt bearbeitet von Nikolas am 23. Jan 2005 19:07, insgesamt einmal bearbeitet |
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blackfeet
Gast
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| blackfeet Verfasst am: 23. Jan 2005 21:00 Titel: |
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Vielen dank für die so flotte Antwort.
So ich versuche das jetzt auf mein Beispiel umzusetzen.
Annahmen:
Luftballon r=10cm -> 
Gas = Helium -> 
Zulast = Gummi -> 
Medim = Luft -> 
Die beiden roh's habe ich von dem anderen Beitrag übernommen.
Rechnung:
-> 0.106839 > 105497
Ist das richtig? Für v habe ich in  für roh in  und für zulast in kg eingesetzt.
Angenommen das wäre jetzt richtig, was es wahrscheinlich eh nicht ist, würde der Ballon fliegen.
Wie ist das jetzt aber mit der Druckänderung, wie wirkt sich das auf das roh aus?
Kann mir da jemand den Zusammenhang zwischen Druck in bar und roh in kg/m³ sagen?
Danke schonmal
Blackfeet |
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para
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.10.2004
Beiträge: 2874
Wohnort: Dresden
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| para Verfasst am: 23. Jan 2005 21:59 Titel: |
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| blackfeet hat Folgendes geschrieben: |
Zulast = Gummi ->
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Hier steckt der Wurm drin. Wie in dem anderen Thread erklärt meinte ich mit Zulast alles was nicht Gas ist (Hülle, Korb, Menschen, ...). Dabei zählt aber z.B. für die Hülle nur das effektive Volumen (also wenn du die Hülle zusammenfaltest).
Eigentlich kann daher aber der Auftrieb der Zulast in den meisten Fällen auf Grund des verschwinden kleinen Volumens gegenüber dem des Gases vernachlässigt werden. (Und da man den Auftrieb damit etwas niedriger ansetzt als er eigentlich ist, gewinnt man einen gewissen Sicherheitsbereich).
Zu dem Zusammenhang zwischen Druck und Dichte der Luft: dabei müsste die ideale Gasgleichung helfen - allerdings bekommst du dann ein Problem, da du sowohl Temperatur als auch Druck in der bestimmten Höhe kennen musst.
Für die Frage des Auftriebs spielt dann außerdem noch eine Rolle, ob es sich um einen "offenen Ballon" (festes Volumen) oder so etwas wie einen "Wetterballon" mit fester Gasmenge handelt. Da müsstest du dich nochmal genauer festlegen.
_________________
Formeln mit LaTeX
Zuletzt bearbeitet von para am 30. Okt 2006 22:19, insgesamt einmal bearbeitet |
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blackfeet
Gast
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| blackfeet Verfasst am: 23. Jan 2005 23:12 Titel: |
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Der Ballon ist geschlossen. Deshalb dachte ich dass die beiden Volumen gleich groß sind. Es handelt sich einfach um einen partyüblichen Luftballon.
Zur frage mit dem Druck: Ich habe mir gedacht, wenn der Luftdruck größer ist, dann brauche ich auch folglich weniger Gas oder? Und wenn ich mehr Gaß einfülle (höherer Druck) dann müsste der Ballon doch noch schneller steigen, bzw. steigt er dan auch bei geringerem Luftdruck.
Lieg ich da mit meiner überlegung falsch?
Jetzt währe es für mich sinnvoll, wenn man das roh in der Gleichung durch den Druck ausdrücken könnte.
Was ist eigentlich der Unterschied zwischen Druck und Dichte?
Danke
Blackfeet |
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Tolga
Gast
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| Tolga Verfasst am: 26. Jan 2005 17:09 Titel: |
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| blackfeet hat Folgendes geschrieben: |
Was ist eigentlich der Unterschied zwischen Druck und Dichte?
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Wenn du gegen eine Wand läufst spürst du den Druck. Denn dein Körper DRÜCKT im Moment des Zusammenstoßes gegen die Wand. Der Druck bei Gasen gibt die Kraft an, mit der das Gas auf die innere Oberfläche des Gefäßes ausübt, in dem es sich befindet.
Die Dichte gibt an, wie dicht (nah aneinander) die Teilchen eines Stoffes angeordnet sind. Feststoffe sind am dichtesten, Flüssigkeiten weniger dicht und Gase haben eine relativ geringe Dichte.
Je dichter ein Stoff, umso mehr Masse hat er im selben Volumen.
Dichte = Masse / Volumen
MfG. |
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para
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.10.2004
Beiträge: 2874
Wohnort: Dresden
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| para Verfasst am: 26. Jan 2005 17:29 Titel: |
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Um nochmal auf die Dichte zurückzukommen:
Die Dichte ist ja definiert als:
Für das Volumen eines Gases der Stoffmenge n gilt:
Damit ergibt sich für die Dichte:
Nach oben hin nehmen Druck und die Temperatur qualitativ ab, eine quantitative Aussage ist also schwer zu treffen. (Erfahrungswerte sagen ja aber, dass die Luft "dünner wird" - also die Dichte abnimmt).
Damit würde sich augenscheinlich auch der Auftrieb vergrößern was jedoch nur bedingt (bis gar nicht) gefolgert werden kann, da die Dichte der umgebenden Luft ebenfalls abnimmt.
Bei einem abgeschlossenen Ballon hast du zudem schnell das Problem dass er platzt. Wetterballons für große Höhen sind daher in Bodennähe recht schlaff.
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Formeln mit LaTeX |
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Gast
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| Gast Verfasst am: 26. Jan 2005 17:35 Titel: |
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| blackfeet hat Folgendes geschrieben: | Zur frage mit dem Druck: Ich habe mir gedacht, wenn der Luftdruck größer ist, dann brauche ich auch folglich weniger Gas oder? Und wenn ich mehr Gaß einfülle (höherer Druck) dann müsste der Ballon doch noch schneller steigen, bzw. steigt er dan auch bei geringerem Luftdruck.
Lieg ich da mit meiner überlegung falsch? |
Das ist ziemlicher Unsinn würde ich mal sagen.
Wenn du einen Ballon (?) konstanten Volumens hast dann bräuchtest theoretisch garnichts einfüllen und dann würde der auch maximal steigen. Je mehr Gas du einfüllst desto weniger gut steigt er, bis er schließlich liegen bleibt.
Beim Luftballon ist es aber so, dass das allein Gasmenge, Gastyp und der äußere Luftdruck das Volumen diktieren. Der positive Effekt kommt einzig daher, dass 1g Füllgas mehr Volumen darstellt als 1g Luft bei jeweils gleichem Druck. |
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blackfeet
Gast
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| blackfeet Verfasst am: 27. Jan 2005 13:10 Titel: |
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Eure Antworten sind echt gut, nur leide hilft mir das nicht viel weiter.
Also ich glaube ich sollte mich etwas konkreter ausdrücken.
Ich habe einen Ballon (geschlossen) bei dem das Volumen konstant ist. Er dehnt sich auch nicht bei einer Druckvergrößerung. Er ist 10g schwer und fasst 5l.
Der Luftdruck ist 800 millibar.
Wie kann ich jetzt berechnen ob er steigt wenn ich Helium einfülle?
Auf jeden fall mit einbezogen sollten der Luftdruck und das Volumen des Ballons sein, sowie die Menge von Helium die ich einfüllen muss damit er steigt.
Ändert sich etwas an der "steigfähigkeit" wenn ich mehr Helium einfülle, also den Druck erhöhe?
Die Formel auf die wir oben gekommen sind ist schon ganz nett, nur ist da der Luftdruck und die Menge des Gases nicht miteinbezogen.
Wenn ich irgendetwas wichtiges vergessen habe, dass man zur Berechnung braucht, bitte fragt.
Ich hoffe ich habe mich dieses mal klar genug ausgedrückt und nochmals vielen Dank für eure netten Antworten.
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Blackfeet |
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