La termodinamica dei palloncini che volano

Visto il grande successo che ha riscosso l'articolo sulle bombole di anidride carbonica vi ripropongo un secondo articolo sull'argomento, come la termodinamica entra nella vita di tutti i giorni. L'occasione mi viene offerta dai palloncini gonfiati ad elio, quelli che volano per intenderci, che hanno allietato la festa di compleanno della piccola Petta.

I palloncini sono un regalo dello zio che è andato a comperarli a Como. Il palloncino in sé non è particolarmente elastico, quindi non si espande troppo sotto l'azione del gas contenuto all'interno.  Appena acquistati, all'interno del negozio apparivano belli gonfi, ma non appena usciti all'aperto, con il freddo di questi giorni si sono sgonfiati, o meglio l'impressione era che i palloni non fossero completamente pieni. Si sono veramente sgonfiati? Direi proprio di no, perché qualche minuto dopo averli messi in auto sono ritornati belli sodi. Dove è il mistero?


La risposta è piuttosto semplice, abbiamo già detto come questi palloncini moderni siano di fatto dei sacchetti poco elastici quindi durante l'operazione di gonfiatura, viene pompata all'interno una quantità di gas tale da occupare il massimo volume del palloncino. Passando all'esterno, con una temperatura molto inferiore (quasi 20 gradi di sbalzo in questi giorni), il gas si è subito termalizzato, ovvero ha cambiato la sua temperatura, provocando come risultato evidente il fatto che il palloncino appaia sgonfio. Se l'elio fosse un gas perfetto e quindi valesse l'equazione di tali gas avremmo che:

Vedete che il prodotto pressione volume è direttamente proporzionale alla temperatura, diminuendo la temperatura, diminuisce il prodotto pressione volume di conseguenza.

A questo punto sorge spontanea la domanda: dove devo tenere i palloncini prima della festa? Al caldo o al freddo? In genere questi palloncini non sono sigillati in modo permanente, quindi il punto da cui è più probabile la fuoriuscita del gas è proprio la fessura da cui sono stati gonfiati. Il nodo in genere rilascia più gas quando è maggiormente sollecitato (non è sempre così), in tal caso è ovvio che è meglio tenere il palloncino in un luogo fresco e trasferirlo al caldo solo per la festa e per giocare.

E i palloni aerostatici? 

I fratelli maggiori dei palloncini ad elio sono quelli che vengono utilizzati per le ricerche meteorologiche o come quello usato per il lancio dell'omino di lego nello spazio. In quel caso c'è un altro parametro che cambia ed è la pressione. Infatti quando il pallone viene gonfiato a terra, a bilanciare l'espansione del contenitore - questa volta molto elastico - è la pressione esercitata dall'esterno dall'atmosfera. Salendo in altezza, la pressione atmosferica diminuisce permettendo al pallone di espandersi ulteriormente: a 40 km da terra il pallone avrebbe un volume di 100 volte quello a terra. Dico avrebbe, perché non sempre il materiale che lo compone (lattice di gomma) è riesce a resistere a questa dilatazione.