Физика газовых смесей 

Физика газовых смесей
Подводникам необходимы базовые знания по физике, чтобы понимать ограничения подводных погружений. Некоторые могут задать вопрос: зачем? Ответ прост: чтобы избежать проблем!
           Давайте используем закон Бойля, чтобы доказать это. Подводник, который не понимает реального применения этого принципа физики, может иметь проблемы под водой.
        Вот правдивая история, доказывающая это. Вскоре после завершения тренировочных погружений в открытой неглубокой воде, один водолаз провел глубокое океанское погружение с опытным инструктором, но у него закончился воздух через 15 минут и он сделал быстрый подъем наверх, что привело к декомпрессионной болезни. Конечно, первоначальной причиной аварийной ситуации явилась его ошибка в проверке измерения давления. Однако во время мелководных погружений он мог находиться под водой более часа с 12-и литровым баллоном на 200 бар. Он не выработал привычку смотреть на манометр так часто, как положено при глубоководных погружениях. Он не предвидел быстрый расход воздуха и не понял настоящего применения закона Бойля – это видно из цитирования его фразы в газете: "Я не знаю, почему мой часовой баллон проработал только 15 минут? Наверное, что-то случилось с ним!" Очевидно, он или пропустил, не понял или забыл, что если воздуха в баллоне хватает на час на поверхности, то его хватит только на минут на 15 на 30 м.
         Под водой водолаз дышит газовой смесью под абсолютным давлением. Абсолютное давление-это сумма действующего на нас давления воды и атмосферы. Давление на поверхности Земли обычно называется атмосферным давлением. На уровне моря оно равняется одной атмосфере
         Как вы помните, при погружении давление увеличивается на 1 атмосферу каждые 10 метров.
         Чтобы определить ограничение глубины по кислороду, нам нужно знать, как перевести глубину на абсолютное давление.
 
        Закон Дальтона гласит:
        "В смеси газов каждый газ имеет свое давление. Давление газовой смеси равно сумме давлений газов, составляющих эту газовую смесь."
Или перефразированный закон Дальтона:
        "Давление газовой смеси равно сумме давлений ее составляющих."
        Формула закона Дальтона выглядит следующим образом:
Р=Рг1+Рг2+Рг3 и т.д.
P
абсолютное давление газовой смеси
Рг
давление отдельно взятого газа, обозначенного цифрами 1,2,3 и т.д., называется парциальным давлением газа
          Мы знаем, что воздух-это смесь молекул кислорода и азота и при любом данном соотношении, 21% общего давления газа из кислорода и 79% общего давления от азота. Та часть общего давления, которую оказывают кислород или азот называется парциальным давлением. РО2 - это парциальное давление кислорода, а PN2 - это парциальное давление азота. Ограничения по глубине и времени у подводников для обоих газов прямо пропорционально парциальному давлению каждого газа.
        Формула Дальтона для воздуха или нитрокса:
Р=РО2+PN2
        Ограничения глубины и времени у подводников - результат физиологических пределов, установленных для РО2 и PN2.
        Если нам известны парциальное давление газа и абсолютное давление газовой смеси, то мы можем определить процентное содержание этого газа в смеси. Если парциальное давление газа поделить на общее давление, то получим эквивалент процентного содержания газа. Фракция газа Fg –это процентное содержание газа в смеси.
Fg = Pg / P
        Процентное содержание того или иного газа, так же как и фракции газов, не изменяются во время погружений с аппаратами открытого цикла. Однако парциальное давление газов меняется. Если мы погружаемся, используя воздух, то FO2 будет равна 0.21 как на поверхности, так и на дне, а парциальные давления кислорода и азота будут возрастать прямо пропорционально увеличению абсолютного давления (давления окружающей среды). Соответственно, во время всплытия парциальные давления будут уменьшаться также пропорционально уменьшению давления окружающей среды.
        Ниже приведены три формулы, которые используются для расчетов при использовании смесей нитрокс.
  1. PO2 = FO2 x P – доза
  2. P = PO2 / FO2 – глубина
  3. FO2 = PO2 / P – смесь
 
  1. Зная парциальное давление кислорода (РО2), мы можем определить максимально допустимое кислородом время погружения (кислородный лимит времени).
  2. Вычислив давление (Р), мы определяем максимальную глубину погружения для данной смеси нитрокс (кислородный лимит глубины).
  3. Рассчитав фракцию кислорода (FO2), мы находим оптимальный процент содержания кислорода в смеси нитрокс для погружения на определенную глубину.
        Кислородные таблицы NOAA приводят разовые и суточные лимиты времени пребывания под водой для РО2 от 0.6 АТА до 1.6 АТА, так как парциальное давление кислорода меньше 0.6 АТА можно не учитывать, а превышающее 1.6 АТА считается опасным. Международная организация технического дайвинга придерживается этих установленных кислородных лимитов, как и другие обучающие организации. Максимальное значение парциального давления кислорода при погружениях никогда не должно превышать 1.6 АТА. А время нахождения под водой под давлением  кислорода (РО2) в 1.6 АТА не должно превышать 45 минут. Если время нахождения под водой более 45 минут, но меньше 120 минут, используйте давление кислорода 1.5 (или меньше). Давление в 1.4 рекомендуется для погружений с тяжелой физической нагрузкой или в холодной воде.
         NOAA рекомендует сделать интервал между погружениями на поверхности минимум 2 часа, если вы исчерпали разовый кислородный лимит погружения. Если же исчерпан суточный кислородный лимит погружения, необходим интервал минимум 12 часов.
        Наступление и интенсивность проявлений кислородной интоксикации зависят от величины парциального давления вдыхаемого кислорода (т.е. от глубины погружения) и времени его воздействия. Превышение допустимой глубины или времени погружения может привести к кислородной интоксикации прямо под водой и иметь летальный исход
         Более высокое содержание кислорода означает, что в нитроксе меньше азота, чем в воздухе. Это приводит к меньшему насыщению азотом, чем при погружении с воздухом на такую же глубину и такое же время.
        Преимущества EANx перед воздухом:
  1. Вы можете нырять с нитроксом, как будто это воздух для увеличения безопасности. Это также может уменьшить усталость после погружения.
  2. Нитрокс может быть использован, чтобы увеличить время нахождения под водой или для сокращения интервалов между повторными погружениями.
        В любой из этих ситуаций кислородный лимит времени погружения не должен быть превышен. Само собой разумеется, что лимит азота тоже не должен быть превышен!
 
 
Парциальное давление некоторых газов, входящих а состав воздуха
при нормальных условиях (t=0 °C, p=101 325 Па)
 
Газ
Объемная доля газа в воздухе, %
Парциальное давление газа
кПа
мм рт. ст.
Азот
78,09
79,1
593,4
Кислород
20,95
21,2
159,2
Аргон
0,93
0,94
7,07
Углекислый газ
 
0,03
 
0,031
 
0,23
 
Неон
 
0,0018
 
0,0019
 
0,014
 

 





Калькулятор



On-line Контроль профессиональных водолазных работ.



On-line Видео подводного мира.