Koliko puta će se promijeniti protok zraka ronioca. Fizičke osnove ronilačkih spusta. Zakoni hidrostatike i hidrodinamike

Zadaci

Rješenje.

Rješenje.

Primjeri

Boca kiseonika od 20 l je pod pritiskom
10 MPa na 15 ºS. Nakon što je dio kiseonika potrošen, pritisak je pao na 7,6 MPa, a temperatura je pala na 10 ºS.

Odredite masu utrošenog kiseonika.

Iz karakteristične jednačine (2.5)

Stoga se prije potrošnje kisika sastojala njegova masa

kg,

i nakon trošenja

kg.

Dakle, potrošnja kiseonika

ΔM \u003d M 1 -M 2\u003d 2,673 - 2,067 \u003d 0,606 kg.

Odredite gustinu i specifičnu zapreminu ugljen monoksida SO pod pritiskom od 0,1 MPa na temperaturi od 27 ºS.

Specifični volumen se određuje iz karakteristične jednadžbe (2.6)

m 3 /kg .

Gustina ugljičnog monoksida (1.2)

kg/m 3.

Cilindar s pokretnim klipom sadrži kisik na
t= 80 ºS i razrjeđivanje (vakuum) jednako 427 hPa. Pri konstantnoj temperaturi kisik se komprimira do viška tlaka
p est= 1,2 MPa. barometarski pritisak IN= 933 hPa.

Za koliko će se smanjiti zapremina kiseonika?

odgovor:V 1 / V 2 = 22,96.

U prostoriji površine 35 m 2 i visine 3,1 m zrak je na t= 23 ºS i barometarski pritisak IN= 973 hPa.

Koliko će zraka sa ulice prodrijeti u prostoriju ako se barometarski tlak poveća na IN= 1013 hPa. Temperatura vazduha ostaje konstantna.

odgovor:M = 5,1 kg .

Posuda zapremine 5 m 3 sadrži vazduh pod barometarskim pritiskom IN= 0,1 MPa i temperatura 300 ºS. Zatim se vazduh ispumpava dok se u posudi ne stvori vakuumski pritisak od 80 kPa. Temperatura vazduha nakon ispumpavanja ostaje ista.

Koliko vazduha se ispumpava? Koliki će biti pritisak u posudi nakon ispumpavanja, ako se preostali vazduh ohladi na temperaturu t= 20 ºS?

odgovor: ispumpao 2,43 kg vazduha. Nakon hlađenja vazduha, pritisak će biti 10,3 kPa.

U grijač zraka parnog kotla na temperaturi od 30 ºS ventilatorom se dovodi 130.000 m 3 /h zraka.

Odredite volumni protok zraka na izlazu iz grijača zraka ako se zagrije do 400 ºS pri konstantnom pritisku.

odgovor:V= 288700 m 3 / h.

Koliko će se puta promijeniti gustina gasa u posudi ako se pri konstantnoj temperaturi očitavanje manometra smanji od p 1= 1,8 MPa do p 2= 0,3 MPa?

Barometarski pritisak se uzima jednakim 0,1 MPa.

odgovor:

U posudi zapremine 0,5 m 3 nalazi se vazduh pod pritiskom od 0,2 MPa i temperaturom od 20 ºS.

Koliko vazduha se mora ispumpati iz posude da bi vakuum u njoj bio 56 kPa, pod uslovom da se temperatura u posudi ne menja? Atmosferski pritisak prema živinom barometru je 102,4 kPa pri temperaturi žive u njemu jednakoj 18 ºS. Vakuum u posudi mjeren je živinim vakuum mjeračem na temperaturi žive od 20 ºS.

odgovor: M= 1,527 kg.

Često je potrebno rješavati probleme u kojima se ne razmatraju pojedinačni plinovi, već njihove mješavine. Prilikom miješanja kemijski neinteragirajućih plinova različitih pritisaka i temperatura obično je potrebno odrediti konačno stanje smjese. U ovom slučaju razlikuju se dva slučaja (tabela 1).

Tabela 1

miješanje plina*

	Temperatura, K	Pritisak, Pa	Zapremina, m 3 (volumen protok, m 3 / h)
Mešanje gasa na V=konst
Mešanje tokova gasa**
* - sve jednačine koje se odnose na mešanje gasova su izvedene pod uslovom da nema razmene toplote sa okolinom; ** - ako masa košta ( M 1, M 2, ... M n, kg/h) protoka miješanja su jednaki.

Evo k i je odnos toplotnih kapaciteta gasova (vidi formulu (4.2)).

Mješavine plinova se podrazumijevaju kao mehanička mješavina nekoliko plinova koji međusobno ne djeluju kemijski. Sastav mješavine plinova određen je količinom svakog od plinova uključenih u smjesu, a može se podesiti po masi m i ili obiman r i dionice:

m i = M i / M; r i = V i / V, (3.1)

gdje M i- težina i-ta komponenta,

Vi- djelomični ili smanjeni volumen ja- th komponenta;

M, V su masa i zapremina cijele smjese, respektivno.

Očigledno je da

M 1 + M 2 + ... + M n \u003d M; m 1 + m 2 +…+m n = 1, (3.2)

V 1 + V 2 +…+ V n = V ;r 1 + r 2 +…+r n = 1, (3.3)

Odnos između pritiska gasne mešavine R i parcijalni pritisak pojedinih komponenti p i uključeno u smjesu je postavljeno daltonov zakon

Strah od ronjenja jedan je od najvećih ljudskih strahova. To je svojstveno čak i roniocima s dobrim iskustvom. Šta je suština ovog straha? Najčešće se ne radi o strahu od faune dubina, a ne o strahu od dekompresijske bolesti. Pa čak i visoki duboki pritisak, poput gubitka svijesti kao posljedica hiperventilacije pluća, ne plaši nas onako kako nas plaši mogućnost da dođemo u glupu situaciju.

Ronjenje od nas zahtijeva mnoge specifične vještine. A dok se bavimo ovim sportom, više se plašimo da ne ispadnemo manjkavi u očima drugih. Plašimo se biti pod njihovom lupom, plašimo se njihovih procjena.

Naravno, ronjenje nije takmičenje, ali često sami sebi damo ton, posebno kada je u pitanju lično iskustvo i veštine.

Sposobnost pravilnog trošenja zraka pod vodom jedan je od znakova iskustva. Upravo se po njemu, kao i po sposobnosti opuštanja i kontrole plovnosti peraja, najčešće ocjenjuje podvodna vještina. Nedostatak zraka i potrebu za izlaskom na površinu ne možete sakriti od partnera, pogotovo kada je cijela grupa primorana da prekine ronjenje zbog vas. Niko ne želi biti prvi koji će dati palac gore.

I ova stalna hvastijanska poređenja su također depresivna, kome je ostalo više zraka...

A tvoj manometar je pokazao 15 bara. Ali vi ste se, naravno, uprkos svemu, nadali da će ovo izmaći pažnji vašeg podvodnog vodiča. A vaš partner i supruga u jednoj osobi imali su rezervu od 90. I, da budem potpuno iskren, tada ste već umorni od pomisli pri svakom ronjenju da ćete, najvjerovatnije, na kraju morati da pozajmite njenu hobotnicu.

Ali nemojte u očaju objesiti peraje o zid ili žuriti da kupite par, jer potrošnja zraka u vašim plućima nije predisponirana genima. Efikasno disanje je vještina. I ne samo to, to je najvažnija adaptivna vještina koju učimo tokom ronjenja. Ali na svakoj vještini se može raditi, a disanje nije izuzetak.

Već prilikom sljedećeg ronjenja imate priliku da uštedite zrak.

Dakle, ako naš ronilac, muškarac od 30 do 45 godina, prosječne fizičke spremnosti, koji roneći u toploj vodi sa standardnim aluminijskim cilindrom od 10 litara, može normalno disati na dubini od 22 metra.

U takvim uslovima balon traje u prosjeku 20 minuta.

Naš savjet je da ovo vrijeme povećate za još 5-17 minuta.

Naravno, ako već koristite neke od ovih preporuka, tada će biti dodato malo manje vremena.

1. Morate promijeniti ciklus disanja.

Morate promijeniti redoslijed zadržavanja daha. Ako na kopnu zastanemo na izdisaju (udah, pa izdah i nakon toga pauza), onda pod vodom, za opuštenog ronioca, samo disanje se mijenja na način da se pauza pravi odmah nakon udisaja: udah, pa pauza, pa izdahnite, ponovo udahnite i tek onda - pauza. Trajanje pauze pri udisanju, kao i stepen opuštenosti, razlikuje početnika od iskusnog ronioca.

Duga pauza s opuštenim disanjem smanjuje potrošnju zraka. Opuštanje takođe pomaže da se izbegne barotrauma tokom pauze, čak i kada se penje na manju dubinu.

2. Pokušajte da dišete duboko.

Polako, duboko i opušteno udahnite. Ovaj aksiom vam je poznat od prve lekcije, ali koja je potreba za takvim disanjem?

Pod pritiskom, vazduh u našem sistemu za disanje kreće se malo drugačije. A u samom vazduhu, osim kiseonika, postoje i gusti gasovi. Često disanje u takvoj situaciji ne dozvoljava apsorpciju kiseonika. Morate usporiti brzinu disanja kako ne biste samo progurali zrak kroz respiratorne organe, već i omogućili kisiku da dobro prodre u pluća. I što dublje ronite, to bi vaše disanje trebalo biti dublje i sporije, to će osigurati normalnu razmjenu kisika.

3. Budite spori i opušteni u svojim pokretima.

Zbog činjenice da je gustina vode 800 puta veća od gustine vazduha, nećete se moći kretati pod vodom svojom uobičajenom brzinom, a da ne uložite mnogo truda. A to znači da ćete koristiti više zraka. Krećite se vrlo sporo, postajući opušteni i bestežinski, poput usporenog mimika. Neka vaši pokreti budu glatki i laki, bez i najmanjeg napora.

Mnogi ronioci imaju koristi od prakticiranja joge i raznih tehnika opuštanja kako bi dodatno usporili disanje.

4. Veoma je važno da ne pravite nepotrebne pokrete rukama.

Nemojte koristiti ruke kada plivate, već koristite peraje za veslanje polako i svrsishodno. Nemojte biti kao biciklista koji brže i jače vozi pedale na strmoj uzbrdici. Prekrižite ruke na grudima ili ih spustite uz tijelo, ili ih zavucite iza leđa ispod rezervoara ili ispod trake za utege ispred. Da biste postigli stanje bestežinske relaksacije potrebno u našem slučaju, potrebno je postići neutralnu uzgonu - važnu vještinu za očuvanje zraka.

5. Naučite neutralnu plovnost.

Kada ste u tome uspjeli, potpuno ste mirni i osjećate se kao da ste potpuno visi u vodi. A ova voda oko vašeg tijela vas drži sama. Ovo je jedna od najljepših senzacija i to je ono što naše pokrete pod vodom čini djelotvornim.

Standard za ispitivanje savršene plovnosti je sljedeći: sa sobom nosite minimalnu težinu s kojom je moguće sigurnosno zaustavljanje na dubini od 3-5 metara sa balansom od 30 bara u cilindru, bez zraka ili sa minimalnim u kompenzator. Cilj je održati neutralnu uzgonu, bez obzira na dubinu, ispravljajući je samo disanjem.

6. Pokušajte držati tijelo u horizontalnom položaju.

Sada kada znate kako se pravilno vagati koristeći BC, budući da ste neutralno bestežinski, moći ćete se kretati horizontalno u vodi. Ovo je najefikasniji način. Ako je tijelo što je moguće paralelnije u odnosu na smjer kretanja, to će vam uštedjeti zrak. Najčešće, početnici, krećući se pod uglom u odnosu na vektor kretanja i, osim toga, praveći puno nepotrebnih pokreta, neproduktivno troše zrak i energiju.

7. Potrebno je pospremiti opremu i pokušati je učiniti modernijom.

Da biste smanjili nivo otpornosti na element vode, potrebno je da sva creva držite što bliže sebi. Koristite mali cilindar sa količinom mješavine za disanje koja vam je potrebna za ovaj ronjenje. Racionalizacija kompenzatora je od velike važnosti, njegova sila dizanja mora odgovarati uslovima u kojima ronite.
U džepove kompenzatora bolje je staviti razne predmete koji su vam potrebni tokom ronjenja.
Ne morate uzimati balast, osim težine koji će vam biti potreban prilikom sigurnosnog zaustavljanja, na dubini od 3-5 metara. Takođe je moguće smanjiti broj creva korišćenjem alternativnog tipa izvora vazduha ili pumpe za napuhavanje, kao i kompjutera sa mogućnošću povezivanja bez upotrebe creva. Sa sobom ponesite samo opremu koja vam je potrebna za ronjenje.

8. Važnost regulatora daha.

Unatoč prividnoj lakoći, disanje pod vodom prilično je težak i dugotrajan zadatak.
To zahtijeva određene fizičke troškove i vještine. Kako bi se smanjilo opterećenje, potrebno je koristiti regulator najveće snage velike snage.
Obavezno dobro isperite regulator prije ronjenja. Za njih je važno uzimati ga jednom u dvanaest mjeseci. pregled, kao i svaki put prije korištenja regulatora, ako ga prije toga niste koristili duže vrijeme. Pokušajte postaviti kontrole za lakoću disanja na maksimalan položaj, ali pazite da zrak ne izlazi iz cilindra na proizvoljan način.

9. Tehnike za uštedu vazduha na površini vode.

Ako je moguće, ostanite na površini, udišući ili u cijev ili lagano napuhujući kompenzator, plivajte na leđima. Efikasnost kretanja na površini vode je smanjena, ali ćete imati dovoljno vazduha za disanje. Za plitko ronjenje potrebno je manje zraka. Nećete morati često izlaziti na površinu da biste utvrdili gdje se nalazite, što vam omogućava da duže ostanete pod vodom.

10. Zaustavite proizvoljni gubitak zraka.

Postoje slučajevi u kojima se zrak neizbježno troši, kao što je izjednačavanje pritiska, ispuhavanje maske, podešavanje uzgona, stvaranje zračnog jaza u suvim odijelima. Kada skidate regulator, uključite funkciju, ako postoji, suzbijanje protoka zraka. Kontrolišite položaj usnika, on mora biti okrenut prema dolje. O-prstenovi na opremi za ronjenje također mogu povremeno procuriti, ali obično kroz njih izlazi samo minimalna količina zraka. Iluzija da je moguće ekonomičnije iskoristiti zrak duvanjem kompenzatora pod vodu uz pomoć usta samo je iluzija. Power inflator je u ovom slučaju poželjniji i efikasniji. Dok ste na površini, sasvim je logično to učiniti uz pridržavanje potrebnih sigurnosnih mjera.

11. Manje opterećenja, više uštede.

Što manje radite s perajama pod vodom, manje ćete zraka potrošiti. Koristite snagu struje, prilikom ronjenja i uspona, koristite kontrolu uzgona, kada se krećete po dnu, koristite vrhove prstiju, pod uslovom da to ne ošteti svijet oko sebe.

12. Ostanite topli.

Što ste toplije pod vodom, to ćete manje zraka potrošiti. Čak i u tropima, gdje temperatura vode dostiže trideset stepeni, dok ronite bez neotkanog odijela gubite mnogo topline. Posljedično, brže se umarate, počinjete češće disati i samim tim povećavate potrošnju zraka. Na osnovu toga, odaberite mokro odijelo koje vam pruža najbolju zaštitu od hladnoće. Najbolja opcija je suho odijelo u kompletu s termo donjim rubljem.

13. Važnost fizičke spremnosti.

Biti u dobroj fizičkoj formi omogućava vam da bolje iskoristite kiseonik u vazduhu. Pravilna ishrana, odmor bez stresa, redovne sportske aktivnosti, odvikavanje od pušenja i alkohola, sve to će vam dati priliku da lakše podnesete ronjenje i uštedite vazduh.

14. Iskustvo i nivo obuke.

Što češće ronite pod vodom, to više poboljšavate svoje vještine na dubini. Različiti kursevi ronjenja pod nadzorom iskusnih instruktora će povećati vaš nivo i razumijevanje taktike ronjenja. Obuka u operacijama spašavanja na vodi i pod vodom osigurat će da ste u dobroj fizičkoj kondiciji. Sve ovo će vam nesumnjivo pomoći u razumijevanju podvodnog svijeta, kao i naučiti kako se mirno i slobodno osjećati pod vodom.

15. Selekcija i peraja.

Prema raznim testovima, ne postoji univerzalna peraja koja bi odgovarala svim podvodnim entuzijastima. Prilikom odabira morate se osloniti na svoje iskustvo, fizičku spremnost, kao i vještine peraja.
Principi peraja su sljedeći: u vodi se morate kretati u vodoravnom položaju, udarci se izvode ravnom nogom od kuka, ne biste se trebali previše naprezati, biti nervozni i praviti razne trzaje i tako dalje.
Peraje velikih dimenzija i velike krutosti nisu najefikasnije, jer stvaraju dodatno opterećenje u području nogu. Prilikom odabira, glavnu važnost i pažnju treba obratiti na praktičnost peraja.

16. Opustite se.

Ovo je glavna tajna uštede respiratornih resursa. Ne pokušavajte da jurite nekoga.
Ljudi imaju različite parametre: fizičke, psihičke, metaboličke i tako dalje i tako dalje. Krupni, fizički jaki, obučeni muškarac neće moći da se takmiče s minijaturnom, krhkom ženom u smislu štednje zraka. Prilikom disanja žena će potrošiti mnogo manje zraka od muškarca i od toga nema spasa.
Razumijevanje ovih jednostavnih pravila može uvelike smanjiti rizik od ronjenja i ronjenja.

Kompresija zraka u posudi uronjenoj u vodu

Razmotrite sljedeću situaciju. Prazna otvorena staklena boca je uronjena u vodu do dubine h.

1. Objasnite zašto kada se boca uroni naopačke, iz nje izlazi mjehurići zraka i boca se puni vodom (Sl. 46.1).

2. Zašto boca odmah tone?

3. Objasnite zašto kada se boca uroni naopako, iz nje ne izlazi vazduh (Sl. 46.2).

4. Objasnite zašto kada se boca uroni naopako, zapremina vazduha u njoj opada sa povećanjem dubine.

Označimo gustinu vode ρ in, unutrašnju zapreminu boce V 0, zapreminu vazduha koji se u njoj nalazi V vazduh, atmosferski pritisak p a. Pretpostavljamo da temperatura vazduha u boci ostaje konstantna.

5. Objasni zašto kada je boca uronjena na dubinu h, jednadžba je tačna

V zrak (p a + ρ u gh) \u003d V 0 p a. (jedan)

6. Koliko puta će se smanjiti zapremina vazduha u boci kada se ona uroni na dubinu od 10 m?

7. Kako se Arhimedova sila koja djeluje na bocu zraka mijenja sa povećanjem dubine?

8. Objasni zašto se u ovom slučaju, pri pronalaženju Arhimedove sile, zapremina tijela uronjenog u vodu mora smatrati jednakom ukupnoj zapremini stakla i zraka u boci.

Na određenoj dubini uranjanja, Arhimedova sila će postati jednaka sili gravitacije. Prilikom ronjenja na još veću dubinu, Arhimedova sila će već biti manja od sile gravitacije, pa će boca zraka početi tonuti.

Postavimo pitanje: da li je moguće zanemariti silu gravitacije koja djeluje na zrak, u poređenju sa silom gravitacije koja djeluje na bocu?

9. Koliko puta je masa vazduha u flaši od pola litra manja od mase boce? Uzmite masu boce jednaku 0,5 kg; gustina vazduha na 20 ºS je približno jednaka 1,2 kg/m 3 .

Dakle, vidimo da se masa vazduha u boci može zanemariti sa dobrom tačnošću u poređenju sa masom boce.

Označimo gustinu stakla kao ρ c, a zapreminu stakla kao V c.

10. Objasni zašto, kada je boca zraka potpuno potopljena u vodu i u ravnoteži, vrijedi sljedeća jednačina:

ρ sa V sa g = ρ u g(V vazduh + V c). (2)

Jednačine (1) i (2) se mogu posmatrati kao sistem od dvije jednačine sa dvije nepoznate. Na primjer, ako su poznate vrijednosti svih veličina uključenih u ove jednadžbe, osim za Vair i h, one se mogu pronaći pomoću ovih jednadžbi.

11. Otvorena boca koja sadrži vazduh pod atmosferskim pritiskom spušta se naopako u vodu. Kapacitet boce 0,5 l, zapremina stakla 0,2 l, gustina stakla 2,5 puta veća od vode, atmosferski pritisak 100 kPa.
a) Koliki je volumen zraka u boci kada je boca uronjena u vodu u ravnoteži?
b) Na kojoj dubini će biti boca?

U razmatranoj situaciji, masa vazduha se može zanemariti, jer je pri pritisku bliskom atmosferskom, gustina vazduha mnogo manja od gustine vode i čvrstih materija.

Ali u slučajevima kada je u pitanju podizanje tereta sa velikih dubina komprimiranim zrakom, masa komprimiranog zraka može biti značajna.

Razmotrimo primjer.

12. Istraživači okeanskih dubina pronašli su potopljeni kovčeg s blagom na dubini od 1 km. Težina sanduka je 2,5 tone, zapremina 1 m 3. Škrinja je vezana sajlom za jaku praznu vodootpornu vreću i u kesu je upumpavan zrak sve dok nije počeo da pluta zajedno sa sandukom. Da bismo pojednostavili proračune, uzet ćemo da je gustina morske vode jednaka gustini slatke vode, pretpostavićemo da je voda nestišljiva, a zapremina omotača vreće zanemarljiva. Temperatura vode na velikim dubinama može se smatrati blizu 0 ºS.
a) Da li treba uzeti u obzir atmosferski pritisak da bi se odredio pritisak vazduha u vreći?
b) Označavamo ρ gustinu vode, mc i m u masu sanduka i masu vazduha u vreći, V c i V u zapreminu sanduka i zapreminu vazduha na početku uspona, M v je molarna masa zraka, T je apsolutna temperatura vode. Zapišite sistem od dvije jednačine sa dvije nepoznate (m in i V in), uz pretpostavku da se atmosferski pritisak može zanemariti.
c) Koliki je volumen vazduha u vreći u trenutku kada je vreća sa sandukom počela da pluta?
d) Kolika je masa vazduha u vreći kada je vreća sa sandukom počela da pluta?
e) Da li je moguće zadržati zrak van vreće dok vreća sa sandukom ne ispliva na površinu?

Vazduh u živinoj cevi

U staklenoj cijevi zapečaćenoj na jednom kraju nalazi se zrak. Ovaj vazduh je odvojen od atmosferskog vazduha stubom žive dužine lrt (slika 46.3).

Razmotrimo kako dužina dijela cijevi ispunjenog zrakom ovisi o položaju cijevi i temperaturi zraka u njoj. Pretpostavit ćemo da je dužina cijevi dovoljno velika da živa ne izlazi iz cijevi u bilo kojem položaju.

Atmosferski pritisak označavamo p a, gustinu žive ρ rt, a dužinu dela cevi ispunjenog vazduhom, kada se nalazi horizontalno, označavamo l 0 .
Pretpostavimo prvo da je temperatura zraka u cijevi konstantna.

13. Zapišite jednačinu koja povezuje vrijednosti l rt, l 0 i dužine l zraka ispunjenog dijela cijevi kada se nalazi:
a) vertikalno otvoren kraj prema gore;
b) vertikalno otvoren kraj prema dolje.

14. U početnom trenutku cijev se nalazi sa otvorenim krajem nadole. Kada se okrene naopako, dužina dijela cijevi ispunjenog zrakom smanjena je za 10%. Kolika je dužina stuba žive ako je atmosferski pritisak 760 mm Hg. Art.?

Razmotrimo sada slučaj kada se temperatura zraka u kabini promijeni.

15. U početnom trenutku cev sa vazduhom i stubom žive se nalazi horizontalno. Kada se spusti u kipuću vodu otvorenim krajem prema gore, dužina dijela cijevi ispunjenog zrakom povećala se za 20%. Kolika je početna temperatura vazduha u cevi ako je dužina živinog stuba 5 cm? Atmosferski pritisak je 760 mm Hg. Art.

2. Dva plina u cilindru sa klipom ili pregradom

Cilindar je horizontalan

Razmotrimo prvo slučaj kada se boca s različitim plinovima nalazi horizontalno (na slici 46.4, različiti plinovi su šematski označeni različitim bojama). U ovom slučaju, težina klipa se može zanemariti.

Klip može imati različita svojstva koja se moraju uzeti u obzir pri rješavanju problema.

16. Šta se može reći o pritisku i temperaturi dva gasa razdvojena klipom ako:
a) provode toplotu i mogu se kretati bez trenja?
b) ne provodi toplotu, ali se može kretati bez trenja?
c) toplovodna, ali treba uzeti u obzir trenje između klipa i zidova posude?

17. U horizontalno postavljenom cilindru sa klipom na suprotnim stranama klipa su vodonik i kiseonik.
a) Kakav je odnos između zapremina gasova i količine materije u njima, ako je klip pomičan i toplotno provodljiv?
b) Kakav je odnos između zapremine i mase gasova u ovom slučaju?
c) Kako su povezane zapremine, mase i temperature gasova ako je klip pomičan, ali ne provodi toplotu?

Ako se kaže da je posuda podijeljena ne klipom, već pregradom, onda se podrazumijeva da volumen dijelova posude ostaje konstantan. Particija također može imati različita svojstva.

18. Šta se može reći o temperaturi i parcijalnom pritisku dva gasa razdvojena pregradom ako:
a) toplotno provodljiv?
b) porozna (to obično znači da molekuli jednog plina mogu prodrijeti kroz pregradu, ali molekuli drugog plina ne mogu)?

19. Toplinski izolirana posuda podijeljena je poroznom pregradom na dva jednaka dijela. U početnom trenutku na lijevoj strani posude nalazi se 2 mola helijuma, a na desnoj 1 mol argona. Početna temperatura helijuma je 300 K, a početna temperatura argona je 600 K. Atomi helijuma mogu slobodno prodrijeti kroz pore u pregradi, ali atomi argona ne mogu.
a) Da li je bitno da li pregrada provodi toplotu ili ne?
b) Atomi kog gasa u početnom trenutku imaju veću prosečnu kinetičku energiju? Koliko puta veći?
c) Kojeg gasa je unutrašnja energija veća u početnom trenutku? Koliko puta više?
d) Objasni zašto su prosječne kinetičke energije atoma različitih plinova jednake nakon postizanja termičke ravnoteže.
e) Kolika će biti temperatura u posudi u toplotnoj ravnoteži?
f) Koliko će puta prosječna kinetička energija atoma helijuma u termalnoj ravnoteži biti veća od njihove prosječne kinetičke energije u početnom stanju?
g) Kako će se promijeniti pritisak helijuma na lijevoj strani posude u odnosu na početni nakon uspostavljanja ravnoteže?
h) Kako će se promijeniti pritisak argona u odnosu na početni pritisak nakon uspostavljanja ravnoteže?
i) Pritisak u kojem dijelu posude će biti veći nakon uspostavljanja ravnoteže? Koliko puta više?

Cilindar je okomit

Ako se cilindar nalazi okomito (slika 46.5), tada se mora uzeti u obzir težina klipa, koji pritiska plin koji se nalazi na dnu cilindra. Zbog toga je pritisak na dnu cilindra veći nego na vrhu. Razmotrimo primjer.

20. Vertikalno postavljena cilindrična posuda visine l podijeljena je pokretnim klipom na dva dijela. U gornjem dijelu visine l nalazi se ν molova helijuma, au donjem dijelu visine l n - isti broj molova vodonika. Temperatura gasova ostaje uvek jednaka T. Masa klipa m, površina S, debljina klipa se mogu zanemariti u poređenju sa visinom posude.
a) Izrazite pritisak u svakom dijelu posude u drugim veličinama. Da li je vrsta plina u dijelovima posude bitna za ovo?
b) Napišite jednačinu koja povezuje pritisak gasova u svakom delu posude sa masom klipa i njegovom površinom.
c) Kolika je masa klipa ako je l = 50 cm, ν = 0,22 mol, T = 361 K, l u = 30 cm?
Prompt. Koristite jednačinu stanja idealnog gasa.

Sila dizanja balona

Balon (slika 46.6) može biti u ravnoteži u vazduhu samo ako je Arhimedova sila koja na njega deluje sa strane vazduha jednaka po apsolutnoj vrednosti ukupnoj gravitaciji koja deluje na balon i teretu koji je okačen na njega:

F A \u003d F t.sh + F t.gr. (3)

U slučaju balona, ​​Arhimedova sila je jednaka težini okolnog vazduha u zapremini koju zauzima balon i težini. Riječ "okruženje" istaknuli smo kurzivom, jer se gustina atmosferskog zraka mijenja tokom uspona iz dva razloga: prvo, njegov pritisak opada, a drugo, njegova temperatura opada.

Označimo zapreminu lopte sa V. Zapreminu tereta i školjke lopte obično se zanemaruje u poređenju sa zapreminom same lopte, ali su mase tereta i školjke lopte velike važnost! Označavamo masu tereta m gr, a masu školjke - m vol. Onda

F t.sh \u003d (m int + m o) g,

gdje je m ext masa plina kojom je lopta ispunjena.

Označimo gustinu vazduha koji okružuje kuglicu kao ρ ext, a gustinu gasa unutar lopte kao ρ ext.

21. Objasni zašto su sljedeće jednačine tačne:

F A = ​​ρ ext gV,
m int = ρ int V,
V(ρ ekst - ρ ekst) = m gr + m vol. (4)

Prompt. Koristite jednačinu (3) i odnos između mase, zapremine i gustine.

Podzemna sila balona je težina tereta koji ovaj balon može podići.

22. Objasni zašto se modul sile uzgona balona izražava formulom

F sub \u003d Vg (ρ eksterni - ρ unutrašnji) - m oko g. (pet)

Iz formula (4) i (5) proizilazi da balon može podići teret samo ako je gustina gasa kojim je balon napunjen manja od gustine okolnog vazduha.

Da je balon krut, to bi se moglo postići djelimičnim ispuštanjem zraka iz njega: kruta školjka bi mogla izdržati razliku u tlaku zraka unutar i izvan balona. Međutim, školjka krute lopte bila bi preteška. Mekana školjka, koja se uvijek koristi za balone, ne može izdržati značajnu razliku pritiska. Dakle, pritisak gasa unutar sfere jednak je pritisku okolnog vazduha.

23. Objasni zašto ako je pritisak unutar lopte jednak pritisku okolnog zraka, onda je jednakost

ρ int / ρ ekst = (M int * T ekst) / (M ekst * T int). (6)

Prompt. Koristite jednačinu stanja idealnog gasa.

Iz formule (6) se vidi da se gustina gasa kojim je balon puni može učiniti manjom od gustine okolnog vazduha na dva načina:
- koristiti zagrijani zrak kao "unutrašnji" plin;
– koristite gas sa nižom molarnom masom.

Prva metoda se koristi za balone za razonodu (Sl. 46.6), a druga - za meteorološke sonde (Sl. 46.7), koje se dižu na veliku visinu (u ovom slučaju, balon je obično napunjen helijumom).

24. Objasni zašto iz formula (5) i (6) proizlazi da je modul podizanja balona izražen formulom

? 25. Balon zapremine 3000 m 3 ima otvor u donjem delu kroz koji se vazduh unutar balona zagreva gorionikom na temperaturu od 77 ºS. Lopta je u ravnoteži na visini na kojoj je temperatura okoline 7 ºS i njena gustina 1,2 kg/m 3 . Masa školjke lopte je 300 kg. Kolika je težina tereta?

Dodatna pitanja i zadaci

26. Vazduh se pumpa u ponton koji leži na dnu jezera na dubini od 90 m (sl. 46.8). Atomom se voda potiskuje iz pontona kroz rupu koja se nalazi u njegovom donjem dijelu. Koliku zapreminu atmosferskog vazduha mora da se dovede u ponton da bi mogao da podigne teret, ako je ukupna masa pontona sa teretom 20 tona, a ukupna zapremina tereta i zidova pontona 5 m 3 ? Pretpostavimo da je temperatura vode blizu 0 ºS i da je atmosferski pritisak 10 5 Pa.

27. U zatvorenom koljenu cijevi u obliku slova U nalazi se stub zraka visine 30 cm. Živa u oba koljena je u istom nivou. Kolika će biti visina vazdušnog stuba ako se živa polako dodaje na vrh? Pritisak je jednak normalnom atmosferskom pritisku.

28. Balon napunjen helijumom je u ravnoteži u vazduhu. Masa jednog kvadratnog metra ljuske balona je 50 g, temperatura vazduha i helijuma je 27 ºS, pritisak je jednak normalnom atmosferskom pritisku. Koliki je poluprečnik sfere?

Precizan proračun zraka za ronjenje drugi je najvažniji faktor nakon savršenog tehničkog stanja opreme. Budući da ovaj zadatak postoji od samog trenutka pronalaska opreme za ronjenje, odavno su razvijene posebne metode za izračunavanje potrebne količine zraka. Za osnovu se uzima volumen zraka koji je potreban jednom roniocu u minuti, a zatim se dobivena vrijednost dijeli sa zapreminom plina u cilindru.

Ove kalkulacije su komplicirane činjenicom da potrošnja zraka ovisi o fizičkoj aktivnosti. Kod tihog plivanja to je mnogo manje nego kod intenzivnog peraja. Još jedan faktor koji se također uvijek uzima u obzir je dubina uranjanja. Što je dubina veća, potreban vam je veći pritisak za dovod zraka. Svi faktori koji se uzimaju u obzir mogu se predstaviti kao lista:

1. Zapremina balona.
2. Pritisak u balonu.
3. Potrošnja zraka po minuti (naziva se RMV)
4. Dubina uranjanja.

Prva dva parametra mogu biti vrlo precizna. Njihova tačnost zavisi samo od toga koliko odgovaraju naznačenoj zapremini, kao i koliko je precizno podešen ventil na pumpi koja je korišćena za punjenje. Kompresor se na kraju punjenja isključuje pomoću senzora pritiska. Upravo je to zaslužno za činjenicu da zapremina vazduha u cilindru tačno odgovara deklarisanoj.

Najteže je izračunati RMV. Tačni podaci se mogu dobiti samo empirijski. Upravo to rade kada obučavaju ronioce. Učenik pamti očitanja manometra u različitim načinima ronjenja, plutanja uz struju, podizanja ili mirovanja. Nadalje, na osnovu dobijenih podataka, prikazuje se pojedinačni indikator RMV. Podaci se bilježe u obliku tabele sa tri kolone: ​​vrijeme i dubina ronjenja i pritisak u cilindru na manometru. Preračunavanjem pritiska u cilindru po zapremini (samo treba da pomnožite indikatore), dobićemo tačnu vrednost potrošnje vazduha u minuti i izvesti korekcije za opterećenje i dubinu.

Ako nema vremena za takva mjerenja koja zahtijevaju probna ronjenja s instruktorom, tada se uzimaju opći pokazatelji. Izračunavaju se sa određenom marginom, koja je neophodna da pokrije sve pojedinačne karakteristike. Dakle, potrošnja zraka na površini kod ronioca od 80 kg iznosi 20 - 25 l/min. (Zapravo, nešto manje - 16 - 22 litre). Žene imaju još manji unos vazduha. Sljedeći korak je korekcija dubine. Sa povećanjem dubine uranjanja, količina potrebnog zraka raste vrlo brzo. Na 50 metara (maksimalna dubina za amatersko ronjenje) potrebno vam je skoro duplo više (oko 40 l/min.).

Za različite mješavine, maksimalni inhalacijski tlak je različit. Za kiseonik je samo 1,3 - 1,4 atm. Iz tog razloga, dubokomorsko ronjenje zahtijeva posebne mješavine. Prilikom sastavljanja pokušavaju da sadržaj kisika u njima bude malo drugačiji od prirodnog u običnom zraku. Sadržaj dušika u dubokovodnoj mješavini je također smanjen, jer ako se koristi običan zrak, dušična anestezija počinje već na 30 metara. Za najdublja zarona optimalna je mješavina helijuma i kisika. U amaterskom ronjenju se gotovo nikad ne koristi. Punjenje cilindara helijumom je teško jer se odlikuje ultra-visokom propusnošću, međutim, u mješavini s kisikom, ovaj nedostatak je gotovo izjednačen.

Prilikom korištenja čistog zraka važno je i mjesto gdje je cilindar napunjen. Postoji samo jedan glavni uslov. Čistoća vazduha je neophodna. Stoga je bolje s električnim pogonom. Tada je rizik od dobivanja ugljičnog monoksida i viška ugljičnog dioksida minimalan. Optimalno je da se punjenje cilindara vrši na ekološki prihvatljivom mjestu, na primjer, na obali mora ili na selu.

Atmosferski zrak i njegova svojstva. Sloj zraka koji okružuje zemlju naziva se atmosfera. Što je više od zemljine površine, to je manja gustina vazduha.

Atmosferski vazduh je mešavina gasova. Jedan njegov litar teži 1,29 g na atmosferskom pritisku i temperaturi od 15°C.

Sastav vazduha uključuje (po zapremini) azot - 78,13%, kiseonik - 20,90%, ugljen dioksid - 0,03%, argon - 0,94%. Osim toga, u zraku se nalaze male količine helijuma, vodonika i drugih inertnih plinova.

Pored ovih gasova, vazduh sadrži i vodenu paru, čija količina nije konstantna.

Nitrogen- u normalnim uslovima, gas koji je neutralan za telo. Bezbojan je, bez mirisa i ukusa, ne gori i ne podržava sagorevanje. Jedan litar azota teži 1,25 g, a njegova gustina je 0,967. U ljudskom tijelu se pri normalnom atmosferskom pritisku rastvara oko jedan litar dušika.

Kiseonik je najvažniji gas za ljude. Bez toga je život na Zemlji nemoguć. Kiseonik ne gori, ali podržava sagorevanje. U svom čistom obliku je zapaljiv. Jedan litar kiseonika teži 1,43 g. Za disanje se koristi čisti medicinski kiseonik (98,99%).

Ugljen-dioksid- najteži od svih gasova. Jedan njegov litar teži 1,96 g. Gustina je 1,529 g. Pri parcijalnom pritisku od 0,03 atm, što odgovara 3% u vazduhu, ugljen dioksid deluje otrovno na organizam.

Merenje atmosferskog pritiska. Zrak svojom težinom pritišće tlo i predmete na njemu. Prvi koji je odredio vrednost atmosferskog pritiska bio je italijanski naučnik Toričeli (u 17. veku). Da bi to učinio, koristio je dugu staklenu cijev s poprečnim presjekom od 1 cm 2, zapečaćenu na jednom kraju i napunjenu živom.

Spustivši nezalemljeni kraj cijevi u otvorenu posudu sa živom, primijetio je da je potonja u cijevi pala samo na određeni nivo. Niže se nije spustio, jer je to spriječio pritisak zraka na živu u posudi. Prilikom mjerenja pokazalo se da je visina stupca žive u cijevi 760 mm, a težina 1,033 kg (Sl. 2). Tako je utvrđeno da je atmosferski pritisak na površini zemlje na nivou mora 760 mm Hg. Art., što odgovara pritisku sa silom od 1,033 kg po 1 cm 2 ili 10,33 m vode. Art. Ovaj pritisak se naziva atmosferski, normalni ili barometrijski i označava se atm. Ovo je fizička atmosfera.

Rice. 2. Atmosferski pritisak vazduha

U praksi, radi praktičnosti proračuna, tehnička atmosfera se uzima kao jedinica za pritisak, koja je jednaka pritisku od 1 kg po 1 cm 2 površine. Određen je na.

Pritisak vode na ronioca. Gore smo već rekli da, uranjajući pod vodu, osoba doživljava ne samo pritisak atmosferskog zraka, već i vode. Prilikom ronjenja na svakih 10 m, pritisak se povećava za 1 atm. Ovaj pritisak se naziva nadpritisak i označava se kao ati.

Ukupni (apsolutni) pritisak vode i zraka na ronioca. Pod vodom na ronioca utiču i atmosferski i višak pritiska vodenog stuba.

Njihov ukupni pritisak naziva se apsolutni pritisak i označava se ata. Na primjer, na dubini od 10 m ronilac je pod pritiskom od 2 atm (1 atm + 1 atm), na dubini od 50 m - 6 atm, itd.

Kompresibilnost i elastičnost gasova. Gasovi se sastoje od čestica koje su u stalnom kretanju. Molekuli plina su sićušni, ali zauzimaju veliki volumen. Sila privlačenja između pojedinačnih molekula plina je mnogo manja nego u tekućinama ili čvrstim tvarima. Gasovi nemaju konstantan volumen i poprimaju oblik i zapreminu posude u kojoj se nalaze.

Za razliku od tekućina, plinovi se šire i skupljaju pod pritiskom, smanjujući svoj volumen i povećavajući elastičnost.

Odnos između zapremine i pritiska gasova uspostavljen je Boyle-Mariotteovim zakonom, koji kaže da zapremina koju zauzima gas varira obrnuto sa pritiskom koji na njega deluje pri konstantnoj temperaturi. Proizvod zapremine gasa (V) i odgovarajućeg pritiska (P) pri konstantnoj temperaturi se ne menja PhV=konst.

Na primjer, ako uzmemo 2 litre plina pod pritiskom od 2 atm i promijenimo ovaj tlak, tada će se volumen promijeniti na sljedeći način:

Drugim riječima, koliko puta se poveća pritisak, za isti iznos se smanjuje zapremina plina i obrnuto.

Značenje ovog zakona ima (praktičan značaj. Objašnjava zašto se potrošnja vazduha za udisanje povećava sa povećanjem dubine (ronjenje. Ako ronilac na površini potroši 30 litara atmosferskog vazduha u minuti, onda na dubini od 20 m ovaj vazduh se komprimiran na 3 atm, što već odgovara 90 litara zraka Potrošnja je zapravo utrostručena.

Koristeći ovaj zakon, možete napraviti potrebne proračune vezane za ronilačke spustove.

Primjer izračuna:

Odredite koliko litara komprimiranog zraka ronilac primi pri pritisku od 4 ati na manometru ako mu se u minuti opskrbi 150 litara slobodnog zraka?

Prema Boyle-Mariotteovom zakonu P1 V1 = P2 V2.

U primjeru

Ovi proračuni vrijede samo za konstantnu temperaturu. U praksi je potrebno uzeti u obzir promjene zapremine i pritiska na različitim temperaturama. Zavisnost zapremine i pritiska vazduha od njegove temperature određena je Gay-Lussacovim zakonom, koji kaže da je promena zapremine gasa pri konstantnom pritisku direktno proporcionalna temperaturi zagrevanja. Promjena tlaka plina pri konstantnoj zapremini je također direktno proporcionalna temperaturi grijanja.