Физические и физиологические особенности подводных погружений. Основные законы газо- и гидродинамики
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Воздух и его свойства

Состав воздуха

Давление воздуха

Масса воздуха, составляющая атмосферу Земли, оказывает своим весом на ее поверхность определенное давление, которое называется атмосферным. Измеренное на уровне моря при температуре 0°С атмос­ферное давление уравновешивается в трубке сечением 1 см2 барометра столбом ртути высотой 760 мм или столбом воды высотой 10,33 м, что соответствует давлению на 1 см2 поверхности с силой 1,033 кгс (или 10,1325Н). Эта величина носит название физической атмосферы (атм).

1 атм = 760 мм рт.ст. = 10,33 м вод.ст. = 1,033 кгс/см2 = 101325 Н/м2

Атмосферное давление (барометрическое), равное 1 атм, называ­ется нормальным.

В технике для удобства расчетов за единицу давления принимается техническая атмосфера (ат), что соответствует давлению на 1 см2 поверх­ности силы в 1 кгс, или 1 Н на 1 м2 (в системе СИ):

1 ат = 1 кгс/см2 = 10 s Н/м2 = 10 м вод.ст.,

т.е. одна техническая атмосфера соответствует давлению 10 м во­дяного столба (в честь французского ученого 17 века Б.Паскаля единица давления 1 Н/м2 называется паскалем - обозначается Па).

Давление сверх атмосферного называется избыточным давлением. Избыточное давление измеряется манометрами, и поэтому часто оно на­зывается манометрическим давлением.Сумма избыточного и атмосферного давлений называется абсолют­ным давлением.


Рабс = Ризб + Ратм где:


(1)


Рис.1. Давление воздуха и воды
Ризб - избыточное давление (из­меряется в технических атмосферах и обозначается ати - атмос­фера техническая избыточная);

Рабс - абсолютное давление (измеряется в технических атмос­ферах и обозначается ата - атмос­фера техническая абсолютная).Для упрощенных расчетов ат­мосферное давление рассчитается постоянным и равным 1 атм, тогда

Рабс = Ризб+1атм (2)

Таким образом, на каждые 10 метров глубины погружения избыточное давление увеличивается на 1 атм (1кгс/см2).

Состояние любого газа или газовой смеси определяется четырьмя основными параметрами, объемом V, давлением р, температурой Т, массой М, которые находятся во взаимозависимости, определяемой рассмот­ренными ниже газовыми законами.






Законы газовой динамики

Закон Бойля-Мариотта. (Изотермический процесс). Для данной массы газа М при постоянной температуре Т его объем обратно пропорционален давлению р:

 

                                            pV = const              (3)

Иными словами, справедливы равенства

                                            p1 V1= p2 V2 или

                                            p1/ p2= V2/ V1          (4)                                               

 где:

р12. - соответственно началь­ное и конечное давление газа;

V1, V2- - соответственно началь­ный и конечный объем газа.

Проще говоря, во сколько раз увеличивается давление, во столько раз уменьшается объём. Пользу­ясь этим законом, можно понять, почему с ростом глубины погружения возрастает расход воздуха для дыхания подводного пловца, а также рас­считать время пребывания под водой.

Закон Шарля (Изохорный процесс). Для данной массы газа М при постоянном объёме V обеление р прямо пропорционально изменению абсолютной температуры Т:

pt = p0 apT                               (5)

где:

pt - давление газа при абсолют­ной температуре Т;

р0 - давление газа при темпе­ратуре 0°С;

ap - температурный коэффициент давления газов, равный 1/273 К-1;

Т - абсолютная температура газа, К (по шкале Кельвина).

 


Закон Гей-Люссака (Изобарный процесс). Для данной массы газа М при постоянном давлении р объем газа V прямо пропорционален изме­нению его абсолютной температуры Т:

VT= V0 aVT                                             (6)


где:

VT - объем газа при абсолютной температуре Т;

V0  - объем газа при температуре 0 0С;

Т - абсолютная температура газа, К;

aV - температурный коэффициент объемного расширения газов, рав­ный 1/273 К-1.

Часто для решения практических задач удобнее зависимос­ти (5) и (6) выражать в виде:

p12 = Т1/T2 (7)

V1/V2= Т1/T2 (8)

где:

p1 И р2 - начальное и конеч­ное давление газов при постоян­ном объеме;

V1 и V2 - начальный и конеч­ный объем газов при постоянном давлении;

Т1 и T2 - начальная и конечная абсолютные температуры газов. Абсолютная температура Т по шкале Кельвина (К) и температура t по шкале Цельсия (°С) связаны между собой соотношением:

Т = t + 273                   (9)

Приведенные зависимости, выражающие законы Шарля и Гей-Люссака, позволяют решать важные практические задачи при подготовке и планиро­вании подводных погружений, такие, например, как определение давления воздуха в баллонах при изменении температуры, соответствующие ему изме­нение запасов воздуха и времени пребывания на данной глубине и т. п.

 

Закон Дальтона. Давление смеси газов равно сумме парциальных (частичных) давлений отдельных газов, составляющих смесь, т.е. тех давлений, которые производил бы каждый газ в отдельности, если бы он был взят при той же температуре в объеме смеси.

Парциальное давление газа рг, пропорционально процентному содер­жанию n данного газа и величине абсолютного давления рабс газовой сме­си и определяется по формуле:

рг = рабс n/100                                 (10)


 

Рис. 5 Парциальное давление газов.                   Рис б. Иллюстрация закона Генри

Проиллюстрировать данный закон можно, сравнив смесь газов в замкнутом объеме с набором гирь различного веса, положенных на весы. Оче­видно, что каждая из гирь будет оказывать давление на чашу весов неза­висимо от наличия на ней других гирь.

Закон Генри. Количество газа, растворенного в жидкости, прямо пропорционально его парциальному давлению.

Поскольку парциальное давление отражает фактическое количество газа, поступающего в организм, знание парциальных давлений газов в смеси позволяет правильно оценить действие этих газов, сильно изменя­ющееся в зависимости от величины абсолютного давления рабс.

 





Дата: 2019-07-24, просмотров: 240.