風船はなぜ割れた？

質問

アルミ製のヘリウムガス入り風船を東京から大阪までダンボールに入れて宅急便で送りました。

大阪で箱を開けたところ、中の風船が割れていたとの連絡を受け、とてもショックで、色々と調べてみたのですが、何だかよく分かりません。

私の結論は単純に気温が上がったので風船も膨張して割れたのではと思ったのですが、温度が上がることでヘリウムの分子が膨張した結果、破裂した。でよろしいのでしょうか？

どなたかアルミ製風船がなぜ割れたのかを明確に説明できる方はおられませんでしょうか？
よろしくおねがいします。

回答No.4

yomooo · ベストアンサー

>温度が上がったり、気圧が低かったりすると風船が膨張するのは、ヘリウム分子(？)が膨張するからなのでしょうか。

●温度上昇について
圧力が一定の場合、気体の体積は、近似的には絶対温度に比例します。
たとえば、風船が２５℃から４０℃になると、体積は約１．０５倍になります。
ただ、この程度の体積膨張では風船が破裂することはないと思います。

●気圧低下について
温度が一定の場合、気体の体積は、近似的には圧力に反比例します。
たとえば、風船の外圧が１気圧から０．５気圧になると、体積は２倍になります。
ただ、トラック等で地上輸送しているだけなら、風船が破裂するほどの圧力変化はないはずです。
空輸されて、しかも飛行機の貨物室の圧力調整がなされていなかったとしたら、気圧低下で風船が膨張して破裂した可能性もあると思います。

これらの膨張現象は、「ヘリウム分子自体」が膨張するのではありません。
風船の中は、たくさんのヘリウム分子が自由に飛び回っている状態にあります。
そしてこれらのヘリウム分子が風船にぶつかって風船を押し広げようとする力が、風船内の圧力となります。
温度が高くなると、ヘリウム分子はより速く、より激しく飛び回るようになり、風船を押し広げようとする力が大きくなるので、風船が膨張します。
また、風船は、ヘリウム分子が風船を押し広げようとする力と、大気が風船を圧迫する力が釣り合った大きさになるので、気圧が下がる（＝大気が風船を圧迫する力が小さくなる）と、ヘリウム分子が風船を押し広げようとする力が過剰になり、２つの力が釣り合うまで膨張することになります。

お礼

すごい。

今までの疑問がすべて解消されました。

空輸で運ばれた可能性も考えられますね。

もしくは陸送でトラック内の温度が上昇し、その場所が標高の高い（気圧の低い）場所だった。

いずれにしてもとても明確で分かりやすかったです。
勉強になりました。ありがとうございました。

回答No.3

yomooo

あくまで推測ですが・・・

これまでの回答に出てますように、温度や気圧の変化による体積変化にアルミが対応できなかったのも原因だと思います。
それに加えて、ダンボールとのこすれなどによってアルミに傷が入って割れたことも考えられます。

アルミ製の風船がヘリウム風船に利用される理由の１つに、アルミの気体透過性が小さいことがあります。
ヘリウム分子は空気（主に窒素と酸素）よりも分子サイズが小さいため、通常のゴム風船などだと、ヘリウム分子が抜けやすく、すぐにしぼんでしまいます。
そこで、アルミ製の風船を用いれば、ヘリウム分子が抜けにくいので、風船として長時間利用できます。
しかし一方で、アルミは無機材料なので、瞬間的な体積変化や傷に弱いように思います。

東京―大阪間なら空輸ではないだろうし、本当の理由は何だったんでしょうね・・・。

お礼

ご回答ありがとうございます。

アルミは伸縮性の低い無機材料というところがポイントでしょうか。

温度が上がったり、気圧が低かったりすると風船が膨張するのは、ヘリウム分子(？)が膨張するからなのでしょうか。

回答No.2

hand07

高いところを通ると気圧が下がり、外圧との平衡を保つために風船はさらに膨らもうとします。しかし、アルミ製ということであまり膨らめず、その結果割れたものと思われます。

お礼

ご回答ありがとうございます。

気圧の関係ですか。。

回答No.1

DarkMoon

気圧も関係あるとおもいます。

お礼

ご回答ありがとうございます。

温度と気圧の関係ですね。