Свойства газов

Аквалангисты дышат сжатым воздухом, состоящим из нескольких газов; основными компонентами являются кислород и азот. В воздухе также содержатся небольшие количества водяного пара, следов газа (например, аргона и неона), диоксида углерода, а также различных углеводородных смесей. Обычно воздух, которым мы дышим, состоит приблизительно из 78% азота, 21% кислорода и 1% других газов. Однако некоторые высокопрофессиональные аквалангисты, а также аквалангисты, занимающиеся подводным плаванием в промысловых, научных и военных целях, часто используют специальную смесь газов "нитрокс" или обогащенный кислородом воздух. Особое соотношение азота и кислорода позволяет использовать смесь при длительном пребывании под водой и снижает опасность возникновения кессонной болезни.

Азот - инертный бесцветный газ, не обладающий ни запахом, ни вкусом, но являющийся основной составляющей частью воздушной атмосферы Земли. Для организма человека он нейтрален, однако при вдыхании под давлением может стать весьма опасным и привести к так называемому азотному наркозу.

Кислород, как и азот, - газ без цвета, запаха и вкуса, но вместе с тем это основа жизни. Многим химическим реакциям, протекающим в организме, требуется кислород для производства тепла и химической энергии. Особенно важно правильное соотношение кислорода с другими газами в воздухе, потому что как его избыток, так и нехватка могут создать для аквалангиста серьезные проблемы.

Диоксид углерода (углекислый газ) также не имеет цвета, запаха и вкуса. Это основной компонент выдыхаемого воздуха, накапливание которого в организме приводит к нарушению дыхания и даже потере сознания. Избыток этого газа потенциально опасен.

Оксид углерода (угарный газ) - ядовитый, бесцветный газ без вкуса и запаха, образующийся в результате неполного сгорания углеводородов в двигателях внутреннего сгорания. Обычно он выбрасывается в атмосферу, однако, если попадает при заполнении в баллоны с сжатым воздухом, представляет большую опасность: оксид углерода затрудняет способность крови поглощать кислород.

Чтобы установить влияние газовой смеси на здоровье аквалангиста, необходимо выяснить, какие процессы происходят в ней в условиях изменения давления.

ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ

Снаряжение аквалангиста разрабатывается с учетом физических законов давления. Давление - это сила, проявляющаяся при столкновении молекул друг с другом. Если газ сжимается так, что молекулы занимают меньший объем, количество столкновений увеличивается, растет и давление. Это происходит, когда баллоны наполняют воздухом. Такая же картина наблюдается в газовой атмосфере вокруг Земли. Если бы можно было вырезать воздушный столб с основанием 2,5 см2, соединяющий уровень моря с самыми верхними слоями воздуха, и взвесить его, то стрелка весов замерла бы на отметке 6,7 килограмма (или 1 бар). Таким образом, 1 бар определяется как "1 атмосфера абсолютного давления" и является тем весом, который давит на тело человека на уровне моря. Поэтому, чем выше мы поднимаемся, тем больше снижается атмосферное давление; к примеру, на отметке 5 000 метров над уровнем моря атмосферное давление уменьшается вдвое и составляет 0,5 бара.
По мере того как мы опускаемся ниже поверхности моря, происходит обратное. В морской воде давление возрастает на 1 кг/см2 через каждые 10 метров. Так, одна дополнительная атмосфера давления (1 бар) регистрируется через каждые 10 метров морской воды (10,3 метра пресной воды). Соответственно, на поверхности моря атмосферное давление равно 1 бару, на глубине 10 метров ниже уровня моря оно удваивается и становится равным 2 барам; на отметке 20 метров - 3 барам и т. д.
Давление измеряется манометром - механическим (или электронным) прибором. Существует различие между давлением, показываемым манометром, и абсолютным давлением. Обычно манометры калибруются на ноль на уровне моря, но атмосферное давление на уровне моря уже составляет 1 бар, поэтому давление по манометру отражает повышение атмосферного давления, начиная с одной атмосферы (примерно 1 бар). Абсолютное давление включаетв себя атмосферное давление и избыточное.
Попробуем проследить, как меняется "поведение" газа в условиях переменного давления и при воздействии различных температур. Для этого необходимо понимание некоторых законов.

Закон Шарля
Для данной массы газа отношение давления газа к его температуре постоянно, если объем газа не меняется.
Для аквалангиста это означает: по мере изменения температуры (уменьшается, при погружениии) давление в баллоне возрастает, что особенно опасно, если стенки у баллона слабые. А это означает, что аквалангистам ни в коем случае не следует оставлять свои заполненные баллоны под прямыми лучами солнца или рядом с другими источниками тепла.

Закон Бойля - Мариотта
Для данной массы газа произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется.
Это значит, что по мере увеличения давления объем газа уменьшается, и наоборот, когда давление уменьшается, объем газа увеличивается. Чем глубже аквалангист опустится, тем больший объем воздуха необходим для уравновешивания воздушных полостей в организме и для дыхания.

СВЯЗЬ ДАВЛЕНИЯ И ОБЪЕМА

Ввиду того что аквалангисту приходится дышать воздухом при давлении, равном давлению окружающей воды, требуется механизм, способный не только снижать высокое давление воздуха в баллоне до уровня, необходимого аквалангисту, но и учитывать глубину погружения. Регулирующая система акваланга сконструирована таким образом, чтобы объем воздуха, поступающего из баллона, соответствовал глубине погружения аквалангиста. Чем глубже он погружается, тем плотнее становится воздух, которым он дышит, механизм поступления воздуха в регуляторе уравновешивается давлением окружающей среды и позволяет проводить через организм аквалангиста больше молекул воздуха на единицу объема. Тем самым объем воздуха, который можно использовать, снижается прямо пропорционально глубине или абсолютному давлению.
Соотношение давления, объема и плотности крайне важно для аквалангиста. Во время спуска возрастает давление, влияющее на все воздушные полости организма. Если давление "не уравновесить", возникает так называемый эффект сдавливания, воздействующий на уши, лобные и носовые пазухи подводника. Легкие не подвергаются сдавливанию, если не происходит сжатия остаточного объема воздуха.
Во время спуска легкие сжимаются и уменьшаются в объеме, но во время подъема они снова расширяются и на поверхности возвращаются к своему первоначальному объему. При погружении без акваланга часть воздуха в легких уравновешивает воздушные полости в организме, так как отсутствует внешний источник воздуха. Поэтому легкие слегка уменьшаются в объеме, когда ныряльщик достигает поверхности. Аквалангистам, при погружении вдыхающим сжатый воздух, при подъеме на поверхность следует постоянно обеспечивать выброс расширяющегося (из-за понижения давления при подъеме) воздуха.

extreme.by - При копировании материалов сайта, активная ссылка на http://extreme.by обязательна.