2.4. Газовые законы

2.4.1. Закон Шарля и Люссака устанавливает взаимоотношение между объёмом газа и его температурой при условии одного и того же количества газа, находящегося под постоянным давлением. При повышении температуры газа на 1 °С первоначальный его объём увеличивается на 1/273 часть (коэффициент объёмного расширения). При зарядке баллонов акваланга от компрессора баллоны нагреваются, давление и объём воздуха увеличиваются примерно на 10%. Необходимо охладить баллоны и снова зарядить до указанного рабочего давления. Не рекомендуется оставлять баллоны под длительным воздействием солнечных лучей.

2. Согласно закону Генри - Дальтона - растворимость газов в жидкости прямо пропорциональна давлению. Т.е. находясь под давлением, ткани организма дополнительно насыщаются сжатым азотом. Это свойство азота вызывает неприятные последствия во время подъёма водолаза на поверхность, когда давление быстро снижается. Образуется избыток растворённого в тканях азота, который переходит в кровь. При этом кровь не успевает удалить избыточный азот через лёгкие. Образовавшиеся внутри сосудов и внесосудистые газовые пузырьки нарушают нормальное кровообращение, вызывают явление гипоксии, оказывают травмирующее воздействие на клетки органов и тканей. Иными словами кровь вспенивается (наподобие газированной воды в момент открытия бутылки), и возникает кессонная болезнь.

3. Парциальное давление газов. Как рассчитывать парциальное давление?

По закону Дальтона - Давление смеси газов, химически не взаимодействующих друг с другом, равно сумме их парциальных давлений (целое равно сумме его составляющих):

Входящие в смесь газы относятся друг к другу химически индифферентно и смешиваются в различных пропорциях. При этом каждый газ распространяется по всему объёму равномерно, и газовая смесь является однородной. Давление каждого газа в смеси называется парциальным.

pr = Pabs x n/100 или (А = рn /100)

(где pabs - абсолютное давление газовой смеси, п - процентное содержание газа в смеси по объёму). (или А - парциальное давление газа; р - общее давление газовой смеси; n - процентное содержание газа в смеси по объёму). Формула справедлива для любых единиц измерения давлений.

Парциальное давление кислорода на поверхности земли равно 0.21 ата. При погружении на глубину 20м, где абсолютное давление будет 3 ата, парциальное давление также увеличится в 3 раза, и будет составлять 0.63 ата. То же произойдёт и с другими газами - азотом (N) и углекислым газом (СО). Парциальное давление азота на поверхности земли равно 0.78 ата, а углекислого газа - 0.0003 ата

Известно, что пороговая величина парциального давления кислорода, вызывающего кислородное отравление, равна 2.8 ата, что соответствует глубине погружения в акваланге на сжатом воздухе 130 -140 м. Однако уже на глубине свыше 40 м (а у некоторых пловцов с 22 м) появляются признаки азотного наркоза. Азот начинает оказывать токсическое действие при парциальном давлении 5.5 ата. Если парциальное давление углекислого газа превысит 0.03 ата, наступает отравление углекислым газом

2.5. Газовые законы используемые для расчётов при проведении погружений

В водолазной практике для расчётов используются газовые законы Бойля - Мариотта, Гей - Люсака и уравнение Менделеева - Клапейрона в их простейшем виде.

1. Закон Бойля - Мариотта (См. п. 2.3.)

2. Закон Гей - Люссака. Объём данной массы (т) газа при постоянном давлении (р) изменяется линейно с изменением температуры (г).

V1 = Vo (1 +βt)

где V1 - объём газа при температуре t °C; Vo - объём газа при температуре О °С; β - коэффициент объёмного расширения, равный 1/273.

Пример : Определить объём газа V1 при температуре 30 °С, если его объём Vo при температуре О °С составил 10 м³.

V1 = Vo (1 + βt) = 10 (1 + 30/273) = 11.1 м³.

2.5.3. Ур - е Менделеева-Клапейрона - для данной массы газа произведение давления (р) на объём (V) и делённое на абсолютную температуру (t) есть величина постоянная :

Уравнение Менделеева - Клапейрона используется для приведения объёма какого-либо газа при определённом давлении и температуре к нормальным условиям.

pV / t= poVo / to - const.

Пример : Определить объём газа (Vo = ?) при нормальном (атмосферном) давлении и температуре 10 °С, если он находится в баллоне вместимостью (V =) 18 л при давлении (р =) 220 кгс/см² и температуре 20 °С.

Vo= V x рTо / роT = 18x220(273 + 10) /1(273 + 20) = 3824.8 л