почему воздушный шарик заполненный водородом поднимаясь над землёй увеличивается в объёме

Водород, наполняющий шарик, находится под давлением, немножко превосходящим 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. либо на 1333 Па) внутреннее давление водорода в шарике перестает уравновешиваться атмосферным и шарик увеличивается в объеме до тех пор, пока снижение внешнего давления не компенсируется возрастающей силой упругости шарика. Очевидно, до бесконечности это длиться не может..))
Рано или поздно прочности шарика не хватит и он лопнет.
Конкретно потому при запуске метеозондов на великую вышину (порядка 10 км - 217 мм рт.ст) баллон наполняют гелием либо водородом приблизительно на третья часть.