Búvár kézikönyve - 01 - Gáztörvények

1.1 A levegő összetétele

1.1.1 Belélegzett levegő

aránya

kézikönyve

gáz

Megjegyzés: Pontosabban: a levegőben lévő vízgőz aránya is megvan. Pl. 18 Celsius-fokon és 60% rel. Páratartalom körülbelül 1,2 térfogatszázalék. Mivel az összes rész összege mindig 100%, az összes többi gáz részei ennek megfelelően csökkennek.

1.1.2 Kilégzett levegő

aránya

gáz

1,2 nyomás

1.2.1 Gáznyomás

A nyomást a területen keresztüli erőnek nevezzük, vagyis az az erő (pl. A víz súlya), amelyet egy bizonyos felületre kifejtünk (pl. A búvár). A nyomás mértékegysége rúd vagy más országokban is psi.

1. egység

2. egység

= 100 000 Pa (Pascal)

BAR/PSI kulcsfigurák:

RÚD

PSI

1.2.2 Víznyomás

A víz felszínén a nyomás kb. 1 bár.
Víz alatt a nyomás 10 méterenként csökken 1 bár nak nek.

mélység

Víznyomás

Amint láthatja, a nyomás ereszkedéskor megduplázza az első 10 m-t, emelkedéskor pedig felezi az utolsó 10 m-t, azaz 2-szeresére.

  • Ha 20-ról 10 m-re megy felfelé, akkor a nyomás 1/3-kal csökken.
  • Ha 30-ról 20 m-re emelkedik, a nyomás 1/4-gyel csökken.
  • stb.

Ezért különösen az utolsó 10-15 m-ben emelkedéskor különösen nagy nyomáskülönbségek lépnek fel, amelyek sérülésekhez vezethetnek akkor is, ha túl gyorsan emelkedünk vagy visszatartjuk a lélegzetünket!

Amint láthatja, a nyomás ereszkedéskor megduplázza az első 10 m-t, emelkedéskor pedig felezi az utolsó 10 m-t, azaz 2-szeresére.
Ha 20-ról 10 m-re megy felfelé, akkor a nyomás 1/3-kal csökken,
Ha 30-ról 20 m-re megy felfelé, akkor a nyomás 1/4-gyel csökken stb.
Ezért vannak különösen nagy nyomáskülönbségek az elmúlt 10-15 m-ben emelkedéskor, ami sérülésekhez vezethet akkor is, ha túl gyorsan emelkedünk vagy visszatartjuk a lélegzetünket.!

1.2.3 Részleges gáznyomás - (Dalton-törvény)

A nyomás a mélység növekedésével nő. De nemcsak rajtunk, hanem a test belélegzett gázkeverékén is. A nyomás nemcsak a teljes gázelegyre, hanem a benne lévő összes gázra is hatással van. A víz felszínén (1 bar nyomás) a gázkeverékben a parciális nyomások (parciális nyomások) analógak a megfelelő gáz térfogatszázalékával, vagyis:

aránya

nyomás

teljes

1,00 bar

A növekvő víznyomás mellett a parciális nyomások is növekednek, mégpedig a növekvő nyomás tényezőjével:

Merülési mélység: 30 m ➡ nyomás: 4 bar

gáz

aránya

nyomás

számla

Parciális nyomás

Oxigén (O2)

Nitrogén (N2)

pihenés

  • A parciális nyomás szerint gáz is feloldódik a vérben (Henry törvénye).
  • Látható, hogy nagyobb mélységekben rendkívül sok nitrogén szívódik fel. Ha például 21 O2 és 78 N2 molekula feloldódna a víz felszínén bizonyos mennyiségű vérben (vagyis csak 57 N2 molekulával több), akkor 30 m mélységben ez 84 O2 és 312 N2 molekula lenne (vagyis csak 228 N2 molekula) több.).
  • A "tárolt" O2 molekulák biztonságos lebontásához lassú emelkedési sebesség (kevesebb, mint 10 m/perc) és dekompresszió vagy biztonsági leállítás szükséges. A műszaki búvárok merülés közben is különböző gázkeverékeket használnak, hogy elkerüljék a túlzott O2 és N2 telítettséget.
  • 71 m felett a sűrített levegő O2 parciális nyomása 1,7 bar, amely felett az oxigén toxikus hatást fejt ki (pl. Epilepsziás rohamok).

1.3 Nyomás és mennyiség: A Boyle- és Mariotte-törvény

Boyle és Mariotte törvénye kifejezi a kölcsönhatásokat Nyomás (p) és Kötet (V) egy gáz.
A növekvő nyomás hatására a gáz összenyomódik és ezért kisebb (azaz p * V = állandó).

Ez adja Boyle és Mariotte törvényét:

Ezzel a módosítás a térfogat, amikor a nyomás változik (és fordítva).

  • Mélység: 15 m, a tüdő térfogata 6 liter.
  • 5 méter mélységig van emelkedő.
  • Milyen térfogatra bővül a tüdőben lévő levegő?

p1 = 2,5 bar (15 m vízmélység) és V1 = 6 l
p2 = 1,5 bar (5 m vízmélység). V2 = keresett
p1 * V1 = p2 * V2 ➡ ossza el az egyenlet mindkét oldalát p2-vel
(p1 * V1)/p2 = V2 ➡ számok beillesztése
V2 = (2,5 bar * 6 l)/1,5 bar
V2 = 10 l

A térfogat 10 literre bővült. Mivel a tüdő alig hajlékony, megsérültek volna (tüdőszakadás), ha a búvár nem emelte ki az emelkedés során!
Ezért a levegőt, amelyet belélegez, az emelkedőn mindig ki kell lélegezni.
Soha ne tartsa vissza a lélegzetét!

1.4 Nyomás és hőmérséklet

1.4.1 Gay-Lussac törvénye

A növekvő nyomás hatására a gáz felmelegszik, csökkenő nyomással a gáz lehűl.
(p/T = állandó)

Meleg-Lussac törvénye:

T = Kelvin-rel számoljuk.
A Celsius-fok és a Kelvin-fok konvertálásához az alábbiak érvényesek:

    T [Kelvin] = fok [o Celsius] + 273

Fok [o Celsius] = T [Kelvin] - 273

A "normális" búvárnak két dologra van szüksége a törvényre:

  • Az üveg feltöltésekor az üveg elég forró lehet.
  • Ha a hideg vizekben sok a levegőfogyasztás, a levegő annyira lehűlhet, hogy a szabályozó megfagy.

1.4.2 A Joule-Thomson-effektus

A Joule-Thomson-effektus azt a hatást írja le, hogy a gázok már nem viselkednek úgy, mint "normál" (ideális "gázok) nagyon magas nyomáson (és ez már 200 bar-os búvárhengerekkel, sőt 300 bar-nál is nagyon egyszerű). Alacsony hőmérsékleten kölcsönhatások lépnek fel a gázmolekulák között, amelyek a gázmolekulák "összetapadását" és cseppfolyósítási hatásokat okozzák (Gay-Lussac törvénye ideális gázokon alapszik, és ezeket a hatásokat nem veszi figyelembe).

(macabre) feladat a haladó szakember számára:

(Köszönet Dirk "Kaleu" -nak a javaslatért)

Egy nukleáris tengeralattjáró 2000 m mélységbe merül. Minden válaszfal nyitva van.
Hirtelen a torpedó válaszfalak eltörnek az íjban, és a csónak hirtelen tele van vízzel.
Kérdés: Hogyan hal meg a gépész a tengeralattjáró farában?

p1/T1 = p2/T2 következik: T2 = (p2 * T1)/p1
p1 = 1 bar (előtt), T1 = 20 O C (előtt) = 293 K, p2 = 201 bar (után)
T2 = (201 bar * 293 K)/1 bar
T2 = 58893; K = 58620 ° C

50 000 - 60 000 OC-on hamuvá ég. (mielőtt beázna).
(Ezért még nem búvárként is ismernie kell Gay-Lussac törvényét.)
(PS: szkeptikusok számára: még ha előzőleg a tengeralattjáróban hidegebb vagy melegebb lett volna, vagy az atomtengeralattjáró csak 1000 méteres mélységben volt, akkor a nyomás akkor is kb. 30 000 OC hőmérsékletet eredményezett volna, ami elég .

PSS: panaszosoknak:

  • 500 m: kb. 15 000 O C,
  • 250 m: kb. 7500 O C,
  • 100 m: kb. 3000 O C [még mindig elég]

1,5 gáz folyadékokban

1.5.1 A gázok szerepe a testben

nitrogén N2 nem (alig) vesz részt a test folyamataiban. Ezért "inert gáznak" is nevezik. A vérben uralkodó parciális nyomás hatására szabadul fel, vagyis magas külső nyomáson "nyomódik" be a folyadékba (vérbe), amíg az egyensúlyi állapot el nem éri. Minél hosszabb ideig van idő a nagyobb külső nyomásnak a működésre (az egyensúlyi állapot kialakítására), annál több nitrogén oldódhat fel (ennélfogva hosszabb deko idők hosszú, mély merülés esetén).

Ha a külső nyomás csökken, akkor a nitrogén ismét a vérből távozik. Erős nyomásesés esetén a nitrogén buborékozhat (az N2 molekulák összetapadnak) - ez a hatás ismeretes a szódásüvegekből. A vérben lévő buborékok eltömíthetik a (fontos) ereket és a kapillárisokat, és így károsíthatják az érintett szövetet (az elégtelen ellátás miatt), vagy meghalhat.

oxigén O2 elengedhetetlen a test funkcióinak fenntartásához. 97% -a a vérben az eritrociták (vörösvértestek) hemoglobinjához kötődik, és így a test szerveibe szállítódik. Csak kis része, 3% -a oldódik fel a vérben. Fogyasztási helyén az oxigén ellenáll Szén-dioxid CO2 kicserélték. A szén-dioxid 70% -a diffundál az eritrocitákba (vörösvértestek) és a vér fehérjéibe. Csak egy kis része oldódik fel a vérben. A szén-dioxid a tüdőbe szállul és kilégződik az alveolusokon (légzsákokon) keresztül. Így az oxigén és a szén-dioxid ellátása nem oldódik fel a vérben, hanem szinte teljesen (kémiailag) megkötődik.

  1. Hasonló gázok Szén-monoxid CO annyira veszélyesek, mert "erősebben" kötődnek a vörösvérsejtekhez (oxigén szabadul fel és szén-monoxid) kötődnek. Ezenkívül nagyon sok időbe telik (még azután sem, hogy több szén-monoxid kerülne belélegzésre), amíg a szén-monoxidot a vörösvértestek "felszabadítják". A testet ezért már nem lehet elegendő oxigénnel ellátni, és eszméletvesztés és/vagy halál következhet be.
  2. nemesgázok (Ez magában foglalja többnyire a légzésben lévő 1% maradék gázokat) nagyrészt nitrogénként viselkedik, és nem vesz részt semmilyen testfunkcióban).

1.5.2 Henry törvénye

A gázok folyadékokban oldódnak, de ez időbe telik. Ha a folyadék telített, a folyadékban oldott gázok egyenes arányban vannak a felszínén lévő gáz résznyomásainak arányával. Vagy egyszerűbben: a gázok ugyanolyan arányban oldódnak fel a vérben, mint a légzőkeverékben.