Question

почему воздушный шарик наполненный водородом поднимаясь над землёй увеличивается в объёме

Answer 1

Водород, заполняющий шарик, находится под давлением, немного превышающим атмосферное, за счет силы упругости шарика.
При подъеме в более разреженные слои атмосферы (на каждые 100 м подъема давление падает примерно на 10 мм рт. ст. или на 1333 Па) внутреннее давление водорода в шарике перестает уравновешиваться атмосферным и шарик увеличивается в объеме до тех пор, пока понижение внешнего давления не компенсируется возрастающей силой упругости шарика. Разумеется, до бесконечности это продолжаться не может..))
Рано или поздно прочности шарика не хватит и он лопнет.
Именно поэтому при запуске метеозондов на большую высоту (порядка 10 км - 217 мм рт.ст) баллон заполняют гелием или водородом примерно на треть.