غاز الهيليوم والبالونات: سر الارتفاع الخفيف ولماذا هو الخيار الأمثل؟

من الصواب قول غاز الهيليوم يستعمل في البالونات لأن كثافته أقل من كثافة الهواء لأنه ثاني أخف الغازات الموجودة في الطبيعة بعد الهيدروجين.

يهدف هذا المقال إلى استكشاف تفاصيل العلاقة بين غاز الهيليوم والبالونات الطائرة، وفهم لماذا يُعتبر هذا الغاز هو الخيار الأمثل لتحقيق الارتفاع الذي نراه. مع تسليط الضوء على خصائصه المميزة وكثافته مقابل كثافة الهواء واستخداماته المتعددة التي تتجاوز مجرد البالونات الملونة.

ما هو غاز الهيليوم

غاز الهيليوم هو عنصر كيميائي نبيل، يحتل المرتبة الثانية في الجدول الدوري للعناصر، ويُرمز له بالرمز (He).

من مميزات غاز الهيليوم خفة الوزن، والخمول الكيميائي أي أنه لا يتفاعل مع المواد الأخرى بسهولة، وعدم القابلية للاشتعال وهي خاصية أمان مهمة للغاية، خاصة عند استخدامه في تطبيقات قريبة من الناس، وانخفاض درجة الغليان ويغير الصوت عند استنشاقه.

اكتشف لأول مرة في عام 1868 من قبل بيير جانسن خلال مراقبته لكسوف الشمس، ومن هنا جاء اسمه المشتق من الكلمة اليونانية “هيليوس” التي تعني الشمس.

يتواجد في الطبيعة بكميات قليلة في الغلاف الجوي، ولكنه يُستخرج بكميات تجارية من بعض حقول الغاز الطبيعي، حيث يتكون نتيجة للتحلل الإشعاعي للعناصر الثقيلة في باطن الأرض.

كثافة غاز الهيليوم مقابل كثافة الهواء: مقارنة حاسمة لفهم الارتفاع

لتقدير الفرق في الكثافة، دعونا نقارن بين كثافة غاز الهيليوم وكثافة الهواء عند الظروف القياسية (درجة حرارة 20 درجة مئوية وضغط جوي 1 ضغط جوي).

إقرأ أيضا:يمكن استخدام مستشعر الضغط لقياس هواء إطارات السيارات صواب خطأ

كثافة الهواء في هذه الظروف القياسية تبلغ حوالي 1.225 كيلوجرام/متر مكعب، بينما تبلغ كثافة غاز الهيليوم حوالي 0.1786 كيلوجرام/متر مكعب هذا يعني أنه أخف بحوالي 7 مرات!

من المهم أن نذكر أن كثافة الغازات تتأثر بدرجة الحرارة والضغط. بشكل عام، كلما زادت درجة الحرارة، قلت كثافة الغاز، وكلما زاد الضغط، زادت كثافة الغاز. كما أن الرطوبة تؤثر على كثافة الهواء؛ فالهواء الرطب أقل كثافة من الهواء الجاف عند نفس درجة الحرارة والضغط، وذلك لأن جزيئات الماء أخف من جزيئات النيتروجين والأكسجين المكونة للهواء الجاف.

هذه العوامل يمكن أن تؤثر بشكل طفيف على ارتفاع البالونات، ولكن يبقى الفرق الكبير في الكثافة بين غاز الهيليوم والهواء هو العامل الحاسم في طفو البالونات.

استخدامات غاز الهيليوم تتجاوز البالونات: تطبيقات متنوعة ومدهشة

على الرغم من ارتباط غاز الهيليوم في أذهان الكثيرين بالبالونات الاحتفالية، إلا أن استخداماته تتجاوز هذا التطبيق الممتع بكثير. حيث يُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والطبية والبحثية نظرًا لخصائصه الفريدة.

في المجال الطبي، يُستخدم غاز الهيليوم في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) لتبريد المغناطيسات فائقة التوصيل إلى درجات حرارة منخفضة للغاية، مما يتيح عمل هذه الأجهزة الحساسة. كما يستعمل في التبريد الفائق في المفاعلات النووية وبعض الأجهزة العلمية المتطورة.

في مجال البحث العلمي واستكشاف الفضاء، يستخدم في تبريد أجهزة الاستشعار والمعدات الإلكترونية في الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية، وفي بعض أنواع الوقود الصاروخي.

إقرأ أيضا:البصمة الرقمية هي الصورة الذهنية عند المتابعين لشخص بسبب منشوراته صواب خطأ

كما يلعب دورا هاما في صناعة أشباه الموصلات والألياف البصرية، حيث يُستخدم كغاز خامل لحماية المواد الحساسة أثناء عمليات التصنيع.

مزايا ومخاطر استخدام غاز الهيليوم في البالونات: نظرة متوازنة

يعتبر استخدام غاز الهيليوم في البالونات آمنًا نسبيًا، فهو غاز خامل وغير قابل للاشتعال، مما يجعله خيارًا أفضل من الغازات الأخرى القابلة للاشتعال مثل الهيدروجين. كما أن طفو غاز الهيليوم الممتاز يضمن ارتفاع البالونات بشكل فعال ومبهج.

ومع ذلك، هناك بعض العيوب والتحديات المرتبطة باستخدامه أهمها تكلفته المرتفعة نسبيا وندرته المتزايدة. فهو مورد طبيعي غير متجدد، ومصادر استخراجه محدودة. هذا الأمر يثير مخاوف بشأن الاستخدام المستدام له، خاصة مع تزايد الطلب عليه في التطبيقات الصناعية والطبية الهامة.

بالنظر إلى هذه التحديات، يتم البحث عن بدائل له في البالونات. من بين الخيارات المطروحة، استخدام الهواء الساخن (كما في المناطيد الهوائية)، أو غازات أخرى أخف من الهواء ولكنها قد تكون قابلة للاشتعال أو أقل فعالية من غاز الهيليوم في الطفو.

إقرأ أيضا:حضورك بمظهر لائق يعني أنك تراعي الأسس عند اختيار ملابسك

خاتمة

في الختام، يتضح أن استخدام غاز الهيليوم في البالونات ليس مجرد تقليد احتفالي، بل هو تطبيق ذكي لمبدأ علمي بسيط ولكنه قوي: الكثافة المنخفضة. بفضل هذه الخاصية الفريدة، يمنحنا متعة رؤية البالونات وهي تحلق في السماء، ويخدم في الوقت نفسه تطبيقات حيوية في مجالات الطب والصناعة والبحث العلمي.

مع تزايد الوعي بأهمية الموارد الطبيعية وضرورة استخدامها بشكل مستدام، يجب علينا أن نفكر في مستقبل استخدام غاز الهيليوم بشكل مسؤول. قد يتطلب ذلك البحث عن بدائل في بعض التطبيقات الأقل أهمية، مثل البالونات الاحتفالية، وتوجيه استخدامه نحو التطبيقات التي لا غنى عنها في المجالات الطبية والعلمية والصناعية المتقدمة.