Sportduiken onze passie Hoofdstuk 2 Gassen en vloeistoffen Fysica.

Sportduiken onze passieSportduiken onze passie

Hoofdstuk 2

Gassen en vloeistoffen

Fysica


Fysische wetten: gassenFysische wetten: gassen

De Wet van Dalton


Fysische wetten: gassen: de wet van DaltonFysische wetten: gassen: de wet van Dalton

• Lucht is een mengsel van gassen: 80% stikstof (N2) en 20% zuurstof (O2)

• De totale luchtdruk is gelijk aan de som van de afzonderlijke gas-drukken


Fysische wetten: gassen : de wet van DaltonFysische wetten: gassen : de wet van Dalton

De Wet van Dalton

Als twee of meer gassen, die met elkaar geen scheikundige reactie aangaan, zich in eenzelfde ruimte bevinden, dan is bij constante temperatuur de druk van het mengsel gelijk aan de som van de drukken die elk

gas afzonderlijk zou hebben als het alleen in die ruimte was.

• De druk die elk gas afzonderlijk zou innemen in deze ruimte noemen we de partiële druk (pp)

• Toepassingen: decompressiemodellen, mengselduik, vergiftiging


Fysische wetten: gassen : de wet van DaltonFysische wetten: gassen : de wet van Dalton

Geheugensteuntje: “T van Dalton”:

Partiële druk [bar] = Totale druk [bar] * fractie gas [%]Partiële druk [bar] = Totale druk [bar] * fractie gas [%]

Partiële druk [bar]

Totale druk [bar] Fractie gas [%]


Fysische wetten: gassenFysische wetten: gassen

De Wet van Boyle - Mariotte


Fysische wetten: gassen: de Wet van Boyle-MariotteFysische wetten: gassen: de Wet van Boyle-Mariotte

Een luchtvolume dat ondergedompeld wordt, verkleint in dezelfde verhouding als de toename van de druk.


Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-MariotteFysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte

De wet van Boyle-Mariotte

Bij constante temperatuur is het volume van een bepaalde hoeveelheid gas omgekeerd evenredig met de druk

Druk [bar] x Volume [liter] = Constante [barliter, joule]

p x V = Cte

• Toepassingen: longoverdruk, luchtverbruik, luchtcompressor



Diepte Druk Volume pxV=Cte

0m

10m

20m

30m

40m

50m

1bar

2bar

3bar

4bar

5bar

6bar

1x10=10

2x5=10

3x3,3=10

4x2,5=10

5x2=10

6x1,66=10

Lucht10l

1/2=5l

1/3=3,3l

1/4=2,5l

1/5=2l



Opmerking:

• Een gevulde fles weegt meer dan een lege !=> gassen hebben een bepaalde dichtheid

• Bij atmosferische druk en 0°C bedraagt de massa van 1 m³ lucht 1,29 kg

Dichtheid (ρ) van lucht =

1,29 kg/m3 = 1,29 g/l

Dichtheid (ρ) van lucht =

1,29 kg/m3 = 1,29 g/l



Toepassing: longoverdruk

• Als de lucht niet uit onze long kan ontsnappen (spasme/gesperde luchtweg/…) zullen onze longen eerst uitzetten tot een maximum. Verder uitzetten leidt tot longoverdruk!

• De drukveranderingen zijn (relatief) het grootst bij kleinere dieptes => de volumeveranderingen zijn daar ook het grootst.

• Dit kan reeds optreden vanaf 1,5 m diepte (zwembad)!



Toepassing: luchtverbruik

• Beschikbare lucht:afhankelijk van inhoud en druk duikfles

• Persoonlijk verbruik:afhankelijk van ervaring, geslacht, conditie, stress

• Verbruik op diepte:evenredig met de diepte (Wet van Boyle-Mariotte)

• Nodige lucht:afhankelijk van persoonlijk verbruik, tijd en diepte, inspanning en veiligheidsmarge



Toepassing: luchtverbruik

• Indien je je persoonlijk verbruik niet kent neem dan als richtwaarde 20 l/min voor een standaard, niet inspannende duik

• We rekenen steeds met een reserve van 50 bar. Dit is niet de gekende duikreserve! Onze berekening heeft tot doel om met 50 bar de oppervlakte te bereiken.

• Tijdens de afdaling en de bodemtijd rekenen we met de druk op de maximale diepte

• Tijdens het stijgen (10 m/min) rekenen we met de druk op de maximale diepte

• Voor elke decompressietrap rekenen we met de traptijd en de druk op de trapdiepte


Fysische wetten: gassen : GOVFysische wetten: gassen : GOV

Persoonlijk luchtverbruik

• Elke persoon heeft zijn persoonlijk luchtverbruik, dat we ook het Gemiddelde OppervlakteVerbruik (GOV) noemen

• GOV = Luchtverbruik [liter] per minuut aan de oppervlakte

• Het GOV kan variëren van 10 l/min tot méér dan 30 l/min

• Bepaling: via duikcomputer of via specifieke duik

• Luchtverbruik op diepte = GOV x absolute druk



Toepassing:

• Je duikt met een dubbelset 10 l op 200 bar en zou graag de hier voorgestelde duik uitvoeren. Ga uit van een verbruik van 20 l/min. Is dit mogelijk?

• Stel dat je persoonlijk luchtverbruik (GOV) 14 l/min bedraagt.



Toepassing: resultaat voor 20 l/min:

• Beschikbare lucht : 20 l x 200 bar: 4.000 barliter• Rekenreserve : 50 bar x 20 l : -1.000 barliter• Effectief beschikbare lucht: 3.000 barliter

• Dalen & bodem: pabs = 5,5 bar• Verbruik : 5,5 bar x 20 l/min x 20 min: -2.200 barliter

• Stijgen: pabs = 5,5 bar• Verbruik : • 5,5 bar x 20 l/min x 4,5 min: - 495 barliter

• Trap1: pabs = 1,6 bar• Verbruik : 1,6 bar x 20 l/min x 2 min: - 64 barliter

• Trap2: pabs = 1,3 bar• Verbruik : 1,3 bar x 20 l/min x 7 min: -182 barliter

• Totaal verbruik: -2.941 barliter

• => Deze duik kan nipt uitgevoerd worden• restdruk in de fles : (4.000 – 2.941) barliter / 20 liter = 52,3 bar


Fysische wetten: gassen: samenvattingFysische wetten: gassen: samenvatting

Wet van Dalton• Definitie• Toepassingen• Begrip partiële druk• T van Dalton

Wet van Boyle-Mariotte• Definitie• Toepassingen• Barliter• Luchtverbruik: rekenregels en GOV


Fysische wetten: vloeistoffenFysische wetten: vloeistoffen

De Wet van Archimedes


Fysische wetten: vloeistoffen : de Wet van ArchimedesFysische wetten: vloeistoffen : de Wet van Archimedes

• Proef: een voorwerp dat wordt ondergedompeld in water wordt schijnbaar lichter

• Dit verschil tussen het werkelijke gewicht en het schijnbaar gewicht noemen we de opwaartse stuwkracht



De wet van Archimedes

Een lichaam, ondergedompeld in een vloeistof, ondergaat een opwaartse stuwkracht gelijk aan

het gewicht van de verplaatste vloeistof.

• Toepassingen: –Uittrimmen met jacket–Gebruik van de loodgordel–Noodstijging met het reddingsvest



We kunnen volgende toestanden onderscheiden:

1. ZinkenWerkelijk gewicht > opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is positief)

2. StijgenWerkelijk gewicht < opwaartse kracht(schijnbaar gewicht is negatief)

3. ZwevenWerkelijk gewicht = opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is nul)

4. DrijvenZweven aan de oppervlakte Gewicht ondergedompelde deel = opwaartse kracht


Fysische wetten: vloeistoffen : dichtheidFysische wetten: vloeistoffen : dichtheid

• “.. een opwaartse stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof ” => verschillende vloeistoffen hebben een verschillende massa en dus gewicht !

Dichtheid ρ = massa gedeeld door volume (kg/m3)

• water: verschil naargelang zoutgehalte– dichtheid van zoet water = 1.000 kg/m³– dichtheid van zout water = 1.025 kg/m³=> extra lood in zout water (meestal 2 à 3 kg)


Fysische wetten: vloeistoffen: samenvattingFysische wetten: vloeistoffen: samenvatting

Wet van Archimedes• Definitie• Toepassingen• Zinken – Zweven - Drijven

Dichtheid• Definitie• Zoet water versus zout water• Toepassingen


Fysische wetten: gassen en vloeistoffenFysische wetten: gassen en vloeistoffen

De Wet van Henry


Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: Wet van HenryFysische wetten: gassen en vloeistoffen: Wet van Henry

• Proef: in vloeistoffen kunnen niet alleen vaste stoffen (zoals suiker in water), maar ook gassen opgelost worden (zoals CO2 in spuitwater).

• De hoeveelheid gas die in een vloeistof zal oplossen, wordt bepaald door de Wet van Henry

Coolshots.be



De Wet van Henry

Bij constante temperatuur en bij verzadiging is de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof

evenredig met de druk van dat gas in contact met die vloeistof.

• Toepassingen: –Decompressieongeval–Decompressiemodellen



• Het oplossen/ontgassen is onderhevig aan de volgende invloedsfactoren :

T : Temperatuur

A : Aard van het gas

A : Aard van de vloeistof

R : Raakoppervlak

T : Tijd



p

pog

=

p

pog

+

p

pog

-

• Verzadiging– Er is evenwicht tussen het opgeloste gas en het vrije

gas.

p = pog

• Onderverzadiging– Als de uitwendige druk stijgt gaat de vloeistof gas

oplossen naar een nieuwe evenwichtstoestand.

p > pog

• Oververzadiging– De druk van het vrije gas vermindert. Het opgeloste

gas gaat uit de vloeistof treden om een nieuwe evenwichtstoestand te bereiken.

p < pog



Link met de duiksport:• Tijdens het duiken ademen we lucht. De zuurstof

verbruiken we (stofwisseling). Het is het oplossen van stikstof dat ons aanbelangt.

• Ons organisme bestaat uit ca. 70% vloeistoffen die stikstof kunnen oplossen.

• Tijdens het duiken verhoogt de partiële druk van stikstof en zullen onze weefsels verzadigen naar een nieuwe evenwichtstoestand.

• Tijdens het stijgen moeten we zo stijgen dat het ontgassen (partiële druk van stikstof daalt) gecontroleerd gebeurt en geen belvorming optreedt.



Link met de duiksport:• Ons lichaam wordt

voorgesteld als een verzameling van weefsels (vloeistoffen) met verschillende perioden.


Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: samenvattingFysische wetten: gassen en vloeistoffen: samenvatting

Wet van Henry• Definitie• Toepassingen• Factoren• Toestanden

Sportduiken onze passie Hoofdstuk 2 Gassen en vloeistoffen Fysica.

Documents

Transcript of Sportduiken onze passie Hoofdstuk 2 Gassen en vloeistoffen Fysica.