Ръководство за водолази - 01 - Закони за газовете

1.1 Състав на въздуха

1.1.1 Вдишван въздух

пропорция на

водолази

газ

Забележка: За да бъдем точни, има и делът на водните пари във въздуха. Той е напр. при 18 градуса по Целзий и 60% отн. Влажност приблизително 1,2 обемни процента. Тъй като сумата на всички части винаги е 100%, частите на всички останали газове съответно намаляват.

1.1.2 Издишван въздух

пропорция на

газ

1.2 налягане

1.2.1 Налягане на газа

Налягането се определя като сила през повърхността, т.е. силата (напр. Теглото на водата), която се упражнява върху определена повърхност (напр. Водолазът). Единицата за налягане е лента или в други страни също psi.

единица 1

Единица 2

= 100 000 Pa (Паскал)

Ключови цифри за BAR/PSI:

ЛЕНТА

PSI

1.2.2 Налягане на водата

Налягането върху водната повърхност е приблизително. 1 бар.
Под вода налягането намалява на всеки 10 метра 1 бар да се.

дълбочина

Водно налягане

Както можете да видите, налягането удвоява първите 10 m при спускане или намалява наполовина последните 10 m при изкачване, т.е. с коефициент 2.

  • Ако се качите от 20 на 10 м, налягането се намалява с 1/3.
  • Ако се издигнете от 30 на 20 м, налягането се намалява с 1/4.
  • и т.н.

Ето защо има особено големи разлики в налягането през последните 10-15 м при изкачване, което може да доведе до наранявания дори при изкачване твърде бързо или задържане на дъха!

Както можете да видите, налягането удвоява първите 10 m при спускане или намалява наполовина последните 10 m при изкачване, т.е. с коефициент 2.
Ако се качите от 20 на 10 м, налягането се намалява с 1/3,
Ако се качите от 30 на 20 м, налягането се намалява с 1/4 и т.н.
Ето защо има особено големи разлики в налягането през последните 10-15 м при изкачване, което може да доведе до наранявания дори при изкачване твърде бързо или задържане на дъха!

1.2.3 Частично налягане на газ - (Законът на Далтън)

Налягането се увеличава с увеличаване на дълбочината. Но не само върху нас, но и върху вдишаната газова смес в тялото. Налягането оказва влияние не само върху цялостната газова смес, но и върху всички газове, съдържащи се в нея. При водната повърхност (налягане от 1 бара) парциалните налягания в газовата смес са аналогични на обемните проценти на съответния газ, т.е.:

пропорция на

натиск

обща сума

1,00 бара

С увеличаване на налягането на водата се увеличават и парциалните налягания, а именно с коефициента на нарастващото налягане:

Дълбочина на потапяне: 30 m ➡ налягане: 4 бара

газ

пропорция на

натиск

сметка

Частично налягане

Кислород (O2)

Азот (N2)

Почивка

  • Според парциалното налягане в кръвта се разтваря и газ (закон на Хенри).
  • Вижда се, че на по-големи дълбочини се абсорбира неимоверно повече азот. Ако на водната повърхност имаше определено количество кръв напр. 21 молекули O2 и 78 молекули N2, (т.е. само 57 N2 молекули повече) се разтварят, тогава на дълбочина 30 m това биха били 84 молекули O2 и 312 молекули N2, (т.е. само 228 молекули N2 повече).
  • За безопасно разграждане на "съхраняваните" молекули O2 са необходими бавна скорост на изкачване (по-малко от 10 m в минута) и декомпресия или спиране на безопасността. Техническите водолази също използват различни газови смеси по време на гмуркане, за да избегнат прекомерно насищане с O2 и N2.
  • Над 71 m сгъстеният въздух има парциално налягане на O2 от 1,7 бара, над което кислородът има токсичен ефект (напр. Епилептични припадъци).

1.3 Налягане и обем: Законът на Бойл и Марио

Законът на Бойл и Мариоте изразява взаимодействието между Налягане (p) и Обем (V) на газ.
С увеличаване на налягането газът се компресира и следователно е по-малък (т.е. p * V = константа).

Това дава закона на Бойл и Мариот:

С това модификация на обема при промяна на налягането (и обратно).

  • Дълбочина: 15 м, обемът на белите дробове е 6 литра.
  • Има изкачване на дълбочина 5 метра.
  • До какъв обем се разширява въздухът в белите дробове?

p1 = 2,5 бара (15 m дълбочина на водата) и V1 = 6 l
p2 = 1,5 бара (5 м дълбочина на водата). V2 = търсен
p1 * V1 = p2 * V2 ➡ разделете двете страни на уравнението на p2
(p1 * V1)/p2 = V2 ➡ въведете номера
V2 = (2,5 бара * 6 л)/1,5 бара
V2 = 10 л

Обемът се е разширил до 10 литра. Тъй като белите дробове са трудно гъвкави, те биха били повредени (разкъсване на белите дробове), ако водолазът не беше издишал по време на изкачването!
Следователно въздухът, който дишате, винаги трябва да се издишва при изкачването.
Никога не задържайте дъха си!

1.4 Налягане и температура

1.4.1 Законът на Гей-Люсак

С увеличаване на налягането газът се нагрява, с намаляване на налягането газът се охлажда.
(p/T = константа)

Законът на Гей-Люсак:

Изчислява се с Т = Келвин.
За да конвертирате градуси по Целзий и Келвин, се прилага следното:

    T [Келвин] = градуса [o Целзий] + 273

Степен [o Целзий] = T [Келвин] - 273

„Нормалният“ водолаз се нуждае преди всичко от закона. за 2 неща:

  • Когато пълните бутилката, бутилката може да се нагрее доста.
  • Ако има много разход на въздух в студените води, въздухът може да се охлади толкова много, че регулаторът да замръзне.

1.4.2 Ефектът на Джоул-Томсън

Ефектът на Джоул-Томсън описва ефекта, че газовете вече не се държат като "нормални" (идеални "газове) при много високо налягане (а това вече е лесно с водолазни цилиндри с 200 бара и дори много при 300 бара) При ниски температури възникват взаимодействия между молекулите на газа, които карат молекулите на газа да се „слепват” и ефектите на втечняване (законът на Гей-Люсак се основава на идеални газове и не отчита тези ефекти).

(зловеща) задача за напреднал професионалист:

(Благодаря на Dirk "Kaleu" за предложението)

Ядрена подводница се гмурка на дълбочина 2000 m. Всички прегради са отворени.
Изведнъж торпедните прегради се счупват в носа и лодката изведнъж изтича пълна с вода.
Въпрос: Как машинистът умира в кърмата на подводницата?

p1/T1 = p2/T2, следва: T2 = (p2 * T1)/p1
p1 = 1 bar (преди), T1 = 20 O C (преди) = 293 K, p2 = 201 bar (след)
T2 = (201 бара * 293 К)/1 бара
T2 = 58893 K = 58620 O C

Той изгаря до 50 000 - 60 000 OC. (преди да се намокри).
(Следователно, дори като не-водолаз, човек трябва да знае закона на Гей-Лусак.)
(PS: за скептици: дори ако преди това е било по-студено или по-топло в подводницата или ако ядрената подводница е била само на дълбочина 1000 метра, тогава налягането все пак ще генерира температура от около 30 000 OC, което е достатъчно .

PSS: за жалбоподатели:

  • 500 m: приблизително 15 000 ° C,
  • 250 m: приблизително 7500 ° C,
  • 100 м: приблизително 3000 O C [все още достатъчно]

1,5 газове в течности

1.5.1 Ролята на газовете в тялото

азот N2 не (трудно) участва в процеси в тялото. Следователно се нарича още „инертен газ“. Той се освобождава от преобладаващото парциално налягане в кръвта, т.е. При високо външно налягане се "притиска" в течността (кръвта), докато се достигне състояние на равновесие. Колкото по-дълго, колкото по-високо външно налягане има време да действа (за установяване на състояние на равновесие), толкова повече азот може да се разтвори (следователно колкото по-дълги са времето за деко при дълги, дълбоки гмуркания).

Ако външното налягане спадне, азотът отново изтича от кръвта. Ако има силно спадане на налягането, азотът може да мехурче (молекулите N2 се слепват заедно) - ефект, познат от бутилките със сода. Мехурчетата в кръвта могат да запушат (важни) съдове и капиляри и по този начин да увредят засегнатата тъкан (поради недостатъчно снабдяване) или да я накарат да умре.

кислород O2 е от съществено значение за поддържане на телесните функции. 97% от него се свързват в кръвта с хемоглобина на еритроцитите (червените кръвни клетки) и по този начин се транспортират до органите в тялото. Само малка част от 3% се разтваря в кръвта. На мястото на консумация кислородът е против Въглероден диоксид CO2 разменени. 70% от въглеродния диоксид се дифузира в еритроцитите (червените кръвни клетки) и белтъците в кръвта. Само малка част се разтваря в кръвта. Въглеродният диоксид се транспортира в белите дробове и издишва през алвеолите (алвеолите). По този начин доставката на кислород и въглероден диоксид не се разтваря в кръвта, а почти напълно (химически) се свързва.

  1. Газове като Въглероден окис CO са толкова опасни, защото се свързват "по-силно" с червените кръвни клетки (кислородът се отделя и въглеродният окис се свързва). Освен това отнема много време (дори след като не се вдишва повече въглероден окис), докато въглеродният окис се „освободи“ от червените кръвни клетки. Следователно тялото вече не може да бъде снабдено с достатъчно кислород и настъпва безсъзнание и/или смърт.
  2. Благородни газове (Това включва, в по-голямата си част, 1% остатъчни газове в дъха) се държат до голяма степен като азот и не участват в никакви телесни функции).

1.5.2 Закон на Хенри

Газовете се разтварят в течности, но това отнема време. Ако течността е наситена, разтворените в течността газове са право пропорционални на съотношението на парциалните налягания на газа върху повърхността му. Или по-просто: газовете се разтварят в кръвта в същата пропорция, както се срещат в дихателната смес.