Профессиональное обучение
(сборник учебников по профессиям)

Водолазное дело
учебное пособие

       

Физические основы водолазных спусков

Атмосферный воздух и его свойства. Слой воздуха, окружающий земной шар, называется атмосферой. Чем выше от земной поверхности, тем плотность воздуха меньше.

Атмосферный воздух является смесью газов. Один литр его весит 1,29 г при атмосферном давлении и температуре 15°С.

В состав воздуха входят (по объему) азот—78,13%, кислород— 20,90%, углекислый газ — 0,03%, аргон — 0,94%. Кроме того, в воздухе имеются в небольшом количестве гелий, водород и другие инертные газы.

Помимо перечисленных газов, в воздухе содержатся водяные пары, количество которых непостоянно.

Азот — в обычных условиях нейтральный для организма газ. Он бесцветен, не имеет запаха и вкуса, не горит и не поддерживает горения. Один литр азота весит 1,25 г, плотность его равна 0,967. В организме человека при нормальном атмосферном давлении растворено около одного литра азота.

Кислород — важнейший для человека газ. Без пего жизнь на Земле невозможна. Кислород не горит, нo поддерживает горение. В чистом виде он огнеопасен. Один литр кислорода весит 1,43 г. Для дыхания применяется чистый медицинский кислород (98,99%).

Углекислый газ — наиболее тяжелый из всех газов. Один литр его весит 1,96 г. Плотность равна 1,529 г. При парциальном давлении 0,03 ата, что соответствует 3% в воздухе, углекислый газ действует на организм отравляюще.

Измерение атмосферного давления. Воздух своим весом давит на землю и предметы, находящиеся на ней. Первым, кто определил величину атмосферного давления, был итальянский ученый Торичелли (в XVII веке). Для этого он использовал длинную стеклянную трубку с площадью сечения в 1 см2, запаянную на одном конце и заполненную ртутью.

Опустив незапаянный конец трубки в открытый сосуд с ртутью, он заметил, что последняя в трубке опустилась только до определенного уровня. Ниже она не пошла, так как этому препятствовало давление воздуха на ртуть в сосуде. При замере оказалось, что высота ртутного столбика в трубке равнялась 760 мм, а вес ее 1,033 кг (рис. 2). Таким образом было определено, что у поверхности земли на уровне моря атмосферное давление равно 760 мм рт. ст., что соответствует давлению с силой в 1,033 кг на 1 см2 или 10,33 м вод. ст. Такое давление называется атмосферным, нормальным или барометрическим и обозначается атм. Это — атмосфера физическая.

Атмосферное давление воздуха

Рис. 2. Атмосферное давление воздуха

В практике для удобства расчетов за единицу давления принята техническая атмосфера, которая равняется давлению 1 кг на 1 см2 площади. Обозначается она ат.

Давление воды на водолаза. Выше мы уже говорили, что, погружаясь под воду, человек испытывает не только давление атмосферного воздуха, но и воды. При погружении на каждые 10 м давление увеличивается на 1 ат. Такое давление называется избыточным и обозначается ати.

Суммарное (абсолютное) давление воды и воздуха на водолаза. Под водой на водолаза действует как атмосферное, так и избыточное давление столба воды.

Суммарное их давление называется абсолютным давлением и обозначается ата. Например, на глубине 10 м водолаз находится под давлением 2 ата (1 ати+1 ат), на глубине 50 м — 6 ата и т. д.

Сжимаемость и упругость газов. Газы состоят из частиц, находящихся в непрерывном движении. Молекулы газа ничтожных размеров, но занимают большой объем. Сила притяжения между отдельными молекулами газа значительно меньше, чем в жидкостях или твердых телах. Газы не имеют постоянного объема и принимают форму и объем сосуда, в котором они находятся.

В противоположность жидкостям, газы способны расширяться, а под давлением сжиматься, уменьшая при этом свой объем и повышая упругость.

Взаимоотношения между объемом и давлением газов устанавливает закон Бойля-Мариотта, который гласит, что объем, занимаемый газом, изменяется обратно пропорционально давлению, воздействующему на него при постоянной температуре. Произведение объема газа (V) на соответствующее давление (Р) при постоянной температуре не изменяется PхV=const.

Haпpимep, если взять 2 л газа под давлением в 2 ата и изменять это давление, то объем будет изменяться следующим образом:

Иными словами, во сколько раз увеличивается давление, во столько же раз уменьшается объем газа, и наоборот.

Значение этого закона имеет (практическое значение. Он объясняет, почему расход воздуха для дыхания возрастает с увеличением глубины (погружения. Если на поверхности водолаз расходует 30 л атмосферного воздуха в минуту, то на глубине 20 м этот воздух сжат до 3 ата, что уже соответствует 90 л воздуха. Расход фактически увеличивается в три раза.

Пользуясь этим законом, можно произвести необходимые расчеты, связанные с водолазными спусками.

Пример расчета:

Определить сколько литров сжатого воздуха получает водолаз, находящийся под давлением в 4 ати по манометру, если ему подается 150 л свободного воздуха в минуту?

По закону Бойля-Мариотта Р1 • V1 = P2 • V2.

В примере

Эти расчеты верны только для постоянной температуры. На практике приходится учитывать изменения объема и давления при различных температурах. Зависимость объема и давления воздуха от его температуры определяется законом Гей-Люссака, который гласит, что изменение объема газа при постоянном давлении прямо пропорционально температуре нагрева. Изменение давления газа при постоянном объеме также прямо пропорционально температуре нагрева.

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru