Почему высота полета воздушного шара ограничена?

Потому что сам воздушный шар имеет определённую массу. А плотности и подьёмной силы газа внутри шара хватает до определённой высоты. Чем легче шар, тем выше он сможет подняться.

Рекордный полет состоялся в начале сентября 1862 года c двумя аэронавтами. Это были Глейшер и Коксвел.
Подъем дорого обошелся аэронавтам и едва не стоил им жизни: на высоте восьми километров Коксвел потерял сознание. Когда шар достиг 8,8 километра над уровнем моря, Глейшер почувствовал себя плохо – он не мог разглядеть уровень ртути в термометре и стрелки часов. Вскоре он совсем ослаб и тоже потерял сознание.
Как потом вспоминал Коксвел, он почти не мог пошевелиться. При этом он понимал, что шар поднимается все выше, и если ничего не сделать, то он будет раздуваться все сильнее по мере того, как атмосфера становится все более разреженной, пока наконец не лопнет. Коксвелу все же удалось убавить пламя горелки, и шар понемногу стал спускаться.
https://indicator.ru/earth-science/glaisher-vozdushnyj-shar.htm

Газ в шаре с высотой расширяется, поскольку давление снаружи падает, а объём шара ограничен. Если у тебя есть парашют, можешь подниматься, пока шар не лопнет или выпускать газ, пока не исчезнет подъёмная сила. В зондах этого нет и шары лопаются на предельной высоте. Один такой свалился со свистом рядом со мной, когда я копал грядку на даче.

Потому что высота атмосферы ограничена.

Полёт воздушного шарика регламентироваецо основами воздухоплавания. Т. е. товарищем Архимедовым.
Шарик подымаецо /всплывает в атмосфере/ покудова масса воздуха в объёме летательного аппарата будет больше массы самого летательного аппарата.
Как тока на достигнутой высоте масса воздуха в объёма леталки сравляецо с массой летучего аппарата - подъём прекратицо...

Чем выше, чем разряженей атмосфера

Это школьная задача — определить надо высоту подъёма дыма, имеющего такую-то температуру на срезе трубы. Есть ещё одна — подняли вязанку дров на второй этаж и там сожгли. Куда делась её потенциальная энергия?

Неужели теперь таких задач нет? А как тогда научиться правильно топить печь? Чтоб без запаха и минимуме израсходованных дров, газа и пр.?

Если не решали такие задачи — реши сам. Имей в виду, что расширение газа при подъёме можно считать адиабатическим с соответствующим охлаждением. А про топку печи знай — наиболее экономна она, если дым никуда не поднимается на срезе трубы. Но! Малейший ветерок, и тяга прекращается — дым идёт в помещение. Нужен запас по высоте дыма над трубой.

Успехов!

Всё зависит от памперсов аэронавта.

потому что у воздушного шара тоже есть масса, и даже если он не лопнет от низкого давления в верхних слоях атмосферы, в какой-то момент он окажется в самом верху и будет, так сказать, плавать на поверхности воздуха