Koliko će se puta promijeniti potrošnja zraka ronioca? Fizičke osnove ronilačkih spuštanja. Zakoni hidrostatike i hidrodinamike
Zadaci
Riješenje.
Riješenje.
Primjeri
Boca kisika od 20 litara je pod tlakom
10 MPa na 15 ºS. Nakon što je potrošen dio kisika, tlak je pao na 7,6 MPa, a temperatura na 10 ºS.
Odredite masu utrošenog kisika.
Iz karakteristične jednadžbe (2.5)
Prema tome, prije nego što je kisik potrošen, njegova masa se sastojala od
kg,
i nakon konzumacije
kg.
Dakle, potrošnja kisika
ΔM = M 1 –M 2= 2,673 - 2,067 = 0,606 kg.
Odredite gustoću i specifični volumen ugljičnog monoksida CO pri tlaku od 0,1 MPa pri temperaturi od 27 ºS.
Specifični volumen se određuje iz karakteristične jednadžbe (2.6)
m 3 /kg .
Gustoća ugljičnog monoksida (1,2)
kg/m3.
Cilindar s pomičnim klipom sadrži kisik na
t= 80 ºS i vakuum (vakuum) jednak 427 hPa. Pri konstantnoj temperaturi kisik se komprimira do viška tlaka
p van= 1,2 MPa. Tlak zraka U= 933 hPa.
Koliko će se puta smanjiti volumen kisika?
Odgovor:V 1 / V 2 = 22,96.
U prostoriji površine 35 m2 i visine 3,1 m zrak je na t= 23 ºS i barometarski tlak U= 973 hPa.
Koliko će zraka prodrijeti s ulice u prostoriju ako se barometarski tlak poveća na U= 1013 hPa. Temperatura zraka ostaje konstantna.
Odgovor:M = 5,1 kg .
U posudi obujma 5 m3 nalazi se zrak pod barometarskim tlakom U= 0,1 MPa i temperatura 300 ºS. Zatim se zrak ispumpava dok se u posudi ne stvori vakuumski tlak od 80 kPa. Temperatura zraka nakon ispumpavanja ostaje ista.
Koliko je zraka ispumpano? Koliki će biti tlak u posudi nakon ispumpavanja ako se preostali zrak ohladi na temperaturu t= 20 ºS?
Odgovor: Ispumpano je 2,43 kg zraka. Nakon hlađenja zraka tlak će biti 10,3 kPa.
Zagrijač zraka parnog kotla napaja se ventilatorom sa 130 000 m 3 /h zraka na temperaturi od 30 ºS.
Odredite volumetrijski protok zraka na izlazu iz grijača zraka ako se zagrije na 400 ºS pri konstantnom tlaku.
Odgovor:V= 288700 m3/h.
Koliko će se puta promijeniti gustoća plina u posudi ako se pri konstantnoj temperaturi očitanje manometra smanji za str 1= 1,8 MPa do str 2= 0,3 MPa?
Uzmite barometarski tlak jednak 0,1 MPa.
Odgovor:
Posuda obujma 0,5 m3 sadrži zrak tlaka 0,2 MPa i temperature 20 ºC.
Koliko zraka treba ispumpati iz posude da podtlak u njoj bude 56 kPa uz uvjet da se temperatura u posudi ne mijenja? Atmosferski tlak prema živinom barometru iznosi 102,4 kPa pri temperaturi žive u njemu jednakoj 18 ºS. Vakuum u posudi mjeren je živinim vakuumometrom pri temperaturi žive od 20 ºS.
Odgovor: M= 1,527 kg.
Često moramo rješavati probleme u kojima se ne razmatraju pojedinačni plinovi, već njihove smjese. Kod miješanja kemijski nereagirajućih plinova koji imaju različite tlakove i temperature obično je potrebno odrediti konačno stanje smjese. U ovom slučaju razlikuju se dva slučaja (tablica 1).
stol 1
Miješanje plina*
| Temperatura, K | Tlak, Pa | Volumen, m 3 (volumenski protok, m 3 / h) | |
| Miješanje plinova pri V=konst |  | ||
| Miješanje plinskih tokova** |  | ||
| * - sve jednadžbe vezane uz miješanje plinova izvedene su u odsutnosti izmjene topline s okolinom; ** - ako su maseni protok ( M 1, M 2, …M n, kg/h) protok miješanja je jednak. |
Ovdje k i– omjer toplinskih kapaciteta plinova (vidi formulu (4.2)).
Pod plinskim smjesama podrazumijeva se mehanička smjesa nekoliko plinova koji međusobno ne kemijski djeluju. Sastav plinske smjese određen je količinom svakog plina uključenog u smjesu i može se odrediti prema masi m i ili volumetrijski r i dionice:
m i = M i / M; r i = V i / V, (3.1)
Gdje M i- težina ja-ta komponenta
V i– djelomični ili smanjeni volumen ja- th komponenta;
M, V su masa odnosno volumen cijele smjese.
Očito je da
M 1 + M 2 +…+M n = 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 tlaka plinske smjese R te parcijalni tlak 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. Što je bit tog straha? Najčešće se ne radi o strahu od faune dubina, niti o strahu od dekompresijske bolesti. A ni visoki duboki tlak, kao ni gubitak svijesti kao posljedica hiperventilacije, ne plaše nas toliko koliko nas plaši mogućnost da se nađemo u glupoj situaciji.
Ronjenje zahtijeva od nas mnoge specifične vještine. A kada se bavimo ovim sportom, više se bojimo da u očima drugih ne ispadnemo manjkavi. Bojimo se biti pod njihovim pogledom, bojimo se njihovih ocjena.
Naravno, ronjenje nije natjecanje, ali često mu sami dajemo ton, pogotovo kada je riječ o osobnom iskustvu i vještinama.
Sposobnost pravilnog korištenja zraka pod vodom jedan je od znakova iskustva. Po tome, kao i po sposobnosti opuštanja i kontrole uzgona peraja, najčešće se ocjenjuje podvodna vještina. Ne možete sakriti od svojih partnera nedostatak zraka i potrebu da plutate do vrha, pogotovo kada je cijela grupa prisiljena prekinuti ronjenje zbog vas. Nitko ne želi biti prvi koji će podići palac gore.
A depresivne su i ove stalne hvalisave usporedbe kome je ostalo više zraka...
A tlakomjer ti je pokazivao 15 bara. Ali vi ste se, naravno, protiv nade nadali da će ovo izmaknuti pažnji vašeg podvodnog vodiča. A vaša partnerica i supruga u jednoj osobi imala je rezervu od 90. I, da budemo potpuno iskreni, već ste bili umorni od pomisli pri svakom zaronu da ćete, najvjerojatnije, na kraju morati posuditi njezinu hobotnicu.
Ali ne biste trebali objesiti svoje peraje na zid u očaju ili žuriti kupiti par, jer potrošnja zraka vašim plućima nije predisponirana vašim genima. Učinkovito disanje je vještina. Štoviše, to je najvažnija adaptivna vještina koju stječemo tijekom ronjenja. Ali na svakoj se vještini može raditi, a disanje nije iznimka.
Već pri sljedećem ronjenju imate priliku uštedjeti zrak.
Dakle, ako je naš ronilac muškarac od 30 do 45 godina, prosječne fizičke spremnosti, koji roneći u toploj vodi sa standardnom aluminijskom bocom od 10 litara može normalno disati na dubini od 22 metra.
U takvim uvjetima cilindar traje prosječno 20 minuta.
Naš savjet je da to vrijeme produžite za još 5-17 minuta.
Naravno, ako već koristite neke od ovih preporuka, bit će dodano nešto manje vremena.
1. Potrebno je promijeniti ciklus disanja.
Morate promijeniti redoslijed zadržavanja daha. Ako na kopnu zastajemo pri izdisaju (udah, pa izdah i pauza), onda se pod vodom, kod opuštenog ronioca, samo disanje mijenja na način da se pauza pravi odmah nakon udisaja: udah, pa pauza, pa izdah, opet udah i tek onda - stanka. Duljina pauze pri udisaju, kao i stupanj opuštenosti, razlikuje početnika od iskusnog ronioca.
Duga stanka tijekom opuštenog disanja smanjuje potrošnju zraka. Opuštanje pomaže u izbjegavanju barotraume tijekom pauze, čak i pri izronu na manju dubinu.
2. Pokušajte duboko disati.
Dišite polako, duboko, opušteno. Ovaj aksiom znate iz prve lekcije, ali kakva je potreba za takvim disanjem?
Pod pritiskom, zrak u našem dišnom sustavu kreće se malo drugačije. A u samom zraku, osim kisika, postoje gusti plinovi. Učestalo disanje u takvoj situaciji ne dopušta apsorpciju kisika. Morate usporiti disanje kako ne biste jednostavno gurali zrak kroz dišne organe, već kako biste omogućili kisiku da dobro prodre u vaša pluća. I što dublje ronite, to bi vaše disanje trebalo biti dublje i sporije, to će osigurati normalnu izmjenu kisika.
3. Postignite sporost i opuštenost u pokretima.
Budući da je voda 800 puta gušća od zraka, nećete se moći kretati uobičajenom brzinom pod vodom bez puno napora. To znači da ćete koristiti više zraka. Krećite se vrlo polako, postajući opušteni i bestežinski, poput mimičara koji radi usporenu snimku. Neka vaši pokreti budu glatki, lagani, bez imalo napora.
Mnogi ronioci imaju koristi od prakticiranja joge i raznih tehnika opuštanja - takve prakse vam omogućuju da još više usporite disanje.
4. Vrlo je važno ne raditi nepotrebne pokrete rukama.
Nemojte koristiti ruke dok plivate, već koristite peraje za veslanje polako i promišljeno. Nemojte biti poput biciklista koji vrti pedale brže i jače dok se penje uz strmo brdo. Ruke prekrižite na prsima ili dolje uz tijelo, ili ih gurnite iza leđa ispod rezervoara ili ispod pojasa s utezima ispred. Da biste postigli stanje bestežinske opuštenosti potrebno u našem slučaju, morate postići neutralni uzgon - važnu vještinu za uštedu zraka.
5. Naučite neutralni uzgon.
Kad ste uspjeli, potpuno ste nepomični i osjećate se kao da ste potpuno lebdjeli u vodi. I ova voda oko tvog tijela te drži. Ovo je jedan od najljepših osjeta i to je ono što naše pokrete pod vodom čini učinkovitima.
Standard za provjeru idealnog uzgona je sljedeći: sa sobom ponijeti minimalnu težinu s kojom je moguće sigurnosno zaustavljanje na dubini od 3-5 metara s preostalih 30 bara u cilindru, bez zraka ili s njegovim minimumom u kompenzator. Cilj je zadržati neutralni uzgon, bez obzira na dubinu, ispravljajući ga samo disanjem.
6. Trudite se držati tijelo vodoravno.
Sada kada znate kako se pravilno izvagati pomoću kompenzatora plovnosti, dok ste neutralno bestežinski, moći ćete se kretati vodoravno u vodi. Ovo je najučinkovitiji način. Ako vam je tijelo što je moguće paralelnije sa smjerom kretanja, to će vam uštedjeti zrak. Najčešće, početnici, krećući se pod kutom u odnosu na vektor kretanja i, uz to, čineći mnoge nepotrebne pokrete, neproduktivno troše zrak i energiju.
7. Potrebno je pospremiti opremu i pokušati je učiniti racionalnijom.
Kako biste smanjili razinu otpora na vodene elemente, morate držati sva crijeva što bliže sebi. Upotrijebite mali cilindar s volumenom plina za disanje koji vam je potreban za određeno ronjenje. Struktura kompenzatora je od velike važnosti, njegova sila podizanja mora odgovarati uvjetima u kojima ronite.
Bolje je staviti razne predmete koji su vam potrebni tijekom ronjenja u džepove kompenzatora.
Nema potrebe uzimati balastne utege, izuzetak će biti teret koji će vam trebati prilikom sigurnosnog zaustavljanja, na dubini od 3-5 metara. Također je moguće smanjiti broj crijeva korištenjem alternativne vrste izvora zraka ili pumpe za napuhavanje, kao i računala s mogućnošću spajanja bez upotrebe crijeva. Ponesite samo opremu koja vam je potrebna za ronjenje.
8. Važnost regulatora disanja.
Unatoč prividnoj lakoći, disanje pod vodom prilično je težak i dugotrajan zadatak.
Zahtijeva određene fizičke izdatke i vještine. Kako bi se smanjilo opterećenje, potrebno je koristiti regulator velike snage, najviše izvedbe.
Obavezno temeljito isperite regulator prije ronjenja. Važno je jednom u dvanaest mjeseci odnijeti ga tehničkim stručnjacima. pregled, kao i svaki put prije korištenja regulatora, ako ga prije toga niste koristili dulje vrijeme. Pokušajte postaviti kontrole za lakoću disanja u maksimalni položaj, ali pazite da zrak ne izlazi iz cilindra na proizvoljan način.
9. Tehnike uštede zraka boravkom na površini vode.
Ostanite na površini što je više moguće, dišući u cijev ili lagano napuhujući kompenzator i lebdite na leđima. Učinkovitost kretanja na površini vode je smanjena, ali ćete imati dovoljno zraka za disanje. Ronjenje na male dubine zahtijeva manje zraka. Nećete morati često surfati da biste odredili gdje se nalazite, što vam omogućuje da duže ostanete pod vodom.
10. Suzbijanje proizvoljnog gubitka zraka.
Postoje slučajevi neizbježne potrošnje zraka, na primjer, za izjednačavanje tlaka, puhanje maske, podešavanje plovnosti, stvaranje sloja zraka u suhim odijelima. Kada uklanjate regulator, uključite funkciju suzbijanja protoka zraka, ako je dostupna. Kontrolirajte položaj nastavka za usta, mora biti okrenut prema dolje. O-prstenovi na opremi za ronjenje također ponekad mogu procuriti, ali obično kroz njih izlazi samo minimalna količina zraka. Iluzija da možete ekonomičnije koristiti zrak napuhivanjem kompenzatora pod vodom ustima je samo iluzija. Električna pumpa za napuhavanje je poželjnija i učinkovitija u ovom slučaju. Dok ste na površini, ima smisla to učiniti, uz poštivanje potrebnih sigurnosnih mjera.
11. Manje opterećenja, više ušteda.
Što manje koristite peraje pod vodom, manje ćete trošiti zraka. Koristite snagu struje, pri ronjenju i izronu kontrolu uzgona, pri kretanju po dnu vršcima prstiju, pod uvjetom da ne štetite okolišu.
12. Ostanite topli.
Što vam je toplije pod vodom, to ćete koristiti manje zraka. Čak iu tropima, gdje temperatura vode doseže trideset stupnjeva, gubite mnogo topline kada ronite bez ronilačkog odijela. Posljedično, brže se umarate, počinjete češće disati i time povećavate potrošnju zraka. Na temelju toga odaberite ronilačko odijelo koje vam pruža najbolju zaštitu od hladnoće. Najbolja opcija je suho ronilačko odijelo u kompletu s termo donjim rubljem.
13. Važnost tjelesne spremnosti.
Biti u dobroj fizičkoj formi omogućuje vam bolje korištenje kisika u zraku. Pravilna prehrana, opuštanje bez raznih stresova, redovite sportske aktivnosti, odvikavanje od pušenja i alkohola, sve će to omogućiti da lakše podnesete ronjenje i uštedite zrak.
14. Iskustvo i razina obučenosti.
Što češće ronite pod vodom, to više poboljšavate svoje vještine dubokog ronjenja. Razni tečajevi ronjenja pod nadzorom iskusnih instruktora povećat će vašu razinu i razumijevanje taktike ronjenja. Obukom u operacijama spašavanja na vodi i pod vodom steći ćete dobru fizičku spremnost. Sve ovo će vam nesumnjivo pomoći u razumijevanju podvodnog svijeta, kao i naučiti se osjećati mirno i slobodno pod vodom.
15. Izbor i rad peraja.
Prema raznim testovima, ne postoji univerzalna peraja prikladna za sve ljubitelje podvodnog vođenja. Prilikom odabira morate se osloniti na svoje iskustvo, fizičku spremnost, kao i vještine u radu s perajama.
Principi rada s perajama su sljedeći: u vodi se trebate kretati u vodoravnom položaju, udarci se izvode ravnom nogom iz kuka, ne smijete se previše naprezati, biti nervozni i raditi razne trzaje i tako na.
Peraje velikih dimenzija i velike krutosti nisu najučinkovitije jer stvaraju nepotreban stres na nogama. Prilikom odabira, obratite glavnu važnost i pažnju na praktičnost peraja.
16. Opustite se.
Ovo je glavna tajna štednje respiratornih resursa. Ne pokušavajte držati korak s nekim.
Ljudi imaju različite parametre: fizičke, psihičke, metaboličke i tako dalje i tako dalje. Veliki, fizički jak, obučen muškarac neće se moći natjecati s minijaturnom, krhkom ženom u pogledu štednje zraka. Žena će pri disanju potrošiti puno manje zraka od muškarca i od toga nema spasa.
Razumijevanje ovih jednostavnih pravila može uvelike smanjiti rizik ronjenja i ronjenja.
Kompresija zraka u posudi uronjenoj u vodu
Razmotrite sljedeću situaciju. Prazna, otvorena staklena boca spusti se u vodu do dubine h.
1. Objasnite zašto kada se boca uroni dnom prema dolje, zrak izlazi iz nje u mjehurićima i boca se puni vodom (sl. 46.1).
2. Zašto boca odmah potone?
3. Objasnite zašto kad se boca uroni naopako, iz nje ne izlazi zrak (sl. 46.2).
4. Objasnite zašto kada se boca uroni naopako, volumen zraka u njoj opada s povećanjem dubine.
Označimo gustoću vode ρ in, unutarnji volumen boce V 0, volumen zraka koji se u njoj nalazi V zrak, a atmosferski tlak p a. Pretpostavimo da temperatura zraka u boci ostaje konstantna.
5. Objasnite zašto kada je boca uronjena do dubine h vrijedi sljedeća jednadžba:
V zrak (p a + ρ u gh) = V 0 p a. (1)
6. Koliko će se puta smanjiti volumen zraka u boci kad se ona uroni na dubinu od 10 m?
7. Kako se Arhimedova sila koja djeluje na bocu zraka mijenja s povećanjem dubine?
8. Objasnite zašto u ovom slučaju, prilikom iznalaženja Arhimedove sile, volumen tijela uronjenog u vodu treba smatrati jednakim ukupnom volumenu stakla i zraka u boci.
Na određenoj dubini uranjanja Arhimedova sila postat će jednaka sili gravitacije. Pri zaranjanju na još veću dubinu, Arhimedova sila će biti manja od sile gravitacije, pa će boca sa zrakom početi tonuti.
Postavimo pitanje: može li se sila gravitacije koja djeluje na zrak zanemariti u usporedbi sa silom gravitacije koja djeluje na bocu?
9. Koliko je puta masa zraka koja se nalazi u boci od pola litre manja od mase boce? Uzmite masu boce 0,5 kg; Gustoća zraka na 20 ºS je približno 1,2 kg/m3.
Dakle, vidimo da se masa zraka u boci može zanemariti s dobrom točnošću u usporedbi s masom boce.
Označimo gustoću stakla ρ s, a volumen stakla V s.
10. Objasnite zašto, kada je boca sa zrakom potpuno uronjena u vodu u ravnoteži, vrijedi sljedeća jednadžba:
ρ s V s g = ρ u g(V zrak + V c). (2)
Jednadžbe (1) i (2) možemo promatrati kao sustav dviju jednadžbi s dvije nepoznanice. 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 sa zrakom pri atmosferskom tlaku spuštena je u vodu, dnom prema gore. Zapremina boce 0,5 l, zapremina stakla 0,2 l, gustoća stakla 2,5 gustoće vode, atmosferski tlak 100 kPa.
a) Koliki je volumen zraka u boci kada je boca uronjena u vodu u ravnoteži?
b) Na kojoj će dubini biti boca?
U razmatranoj situaciji masu zraka možemo zanemariti, jer je pri tlaku blizu atmosferskog tlaka gustoća zraka puno manja od gustoće vode i krutih tvari.
Ali u slučajevima kada je riječ o dizanju tereta s velikih dubina pomoću komprimiranog zraka, masa komprimiranog zraka može biti značajna.
Pogledajmo primjer.
12. Istraživači oceanskih dubina otkrili su potopljenu škrinju s blagom na dubini od 1 km. Težina škrinje je 2,5 tone, volumen je 1 m 3. Kabelom su zavezali škrinju za čvrstu, praznu vodonepropusnu vreću i počeli upumpavati zrak u vreću dok nije počela lebdjeti zajedno sa škrinjom. Radi pojednostavljenja proračuna pretpostavit ćemo da je gustoća morske vode jednaka gustoći slatke vode, pretpostavit ćemo da je voda nestlačiva, a volumen ljuske vreće zanemariv. Temperatura vode na velikim dubinama može se smatrati blizu 0 ºS.
a) Je li za određivanje tlaka zraka u vrećici potrebno uzeti u obzir atmosferski tlak?
b) Označimo s ρ gustoću vode, m c i m u masi prsa i masu zraka u vreći, V c i V u volumenu prsa i volumenu zraka na početku izrona. , M in – molarna masa zraka, T – apsolutna temperatura vode. Napišite sustav dviju jednadžbi s dvije nepoznanice (m in i V in) uz pretpostavku da se atmosferski tlak može zanemariti.
c) Koliki je volumen zraka u vreći u trenutku kad je torba sa škrinjom počela lebdjeti?
d) Kolika je masa zraka u vreći kada torba sa škrinjom počne lebdjeti?
e) Može li se ne ispuštati zrak iz torbe sve dok torba i škrinja ne isplivaju na površinu?
Zrak u cijevi sa živinim stupcem
Zrak je u staklenoj cijevi zatvorenoj na jednom kraju. Taj je zrak od atmosferskog zraka odvojen stupcem žive duljine l Hg (sl. 46.3). 
Promotrimo kako duljina dijela cijevi ispunjenog zrakom ovisi o položaju cijevi i temperaturi zraka u njoj. Pretpostavit ćemo da je duljina cijevi dovoljno velika da se živa ne izlijeva iz cijevi u bilo kojem položaju.
Označimo atmosferski tlak p a, gustoću žive ρ rt, a duljinu zraka ispunjenog dijela cijevi, kada se nalazi vodoravno, označimo l 0.
Pretpostavimo najprije da je temperatura zraka u cijevi konstantna.
13. Napišite jednadžbu koja povezuje veličine l rt, l 0 i duljinu l zraka ispunjenog dijela cijevi kada se nalazi:
a) okomito s otvorenim krajem prema gore;
b) okomito s otvorenim krajem prema dolje.
14. U početnom trenutku, cijev je postavljena s otvorenim krajem prema dolje. Kad je bila okrenuta naopako, duljina dijela cijevi ispunjenog zrakom smanjila se za 10%. Kolika je duljina živinog stupca ako je atmosferski tlak 760 mm Hg? Umjetnost.?
Razmotrimo sada slučaj kada se mijenja temperatura zraka u kabini.
15. U početnom trenutku cijev sa zrakom i stupcem žive nalazi se vodoravno. Kada je spuštena u kipuću vodu s otvorenim krajem prema gore, duljina dijela cijevi ispunjenog zrakom povećala se za 20%. Kolika je početna temperatura zraka u cijevi ako je duljina živinog stupca 5 cm? Atmosferski tlak je 760 mmHg. Umjetnost.
2. Dva plina u cilindru s klipom ili pregradom
Cilindar se nalazi vodoravno
Razmotrimo prvo slučaj kada se cilindar s različitim plinovima nalazi vodoravno (na slici 46.4 različiti plinovi su shematski označeni različitim bojama). U ovom slučaju možete zanemariti težinu klipa. 
Klip može imati različita svojstva koja se moraju uzeti u obzir pri rješavanju problema.
16. Što se može reći o tlaku i temperaturi dvaju plinova odvojenih klipom ako:
a) provodi toplinu i može se kretati bez trenja?
b) ne provodi toplinu, ali se može kretati bez trenja?
c) toplinski vodljivi, ali je potrebno voditi računa o trenju između klipa i stijenki posude?
17. U vodoravno smještenom cilindru s klipom vodik i kisik nalaze se na suprotnim stranama klipa.
a) Kakav je odnos između volumena plinova i količine tvari u njima ako je klip pomičan i provodi toplinu?
b) Kakav je u tom slučaju odnos između volumena i mase plinova?
c) Kako su povezani volumeni, mase i temperature plinova ako je klip pomičan, ali ne provodi toplinu?
Ako se kaže da posuda nije podijeljena klipom, već pregradom, onda se podrazumijeva da volumeni dijelova posude ostaju konstantni. Pregrada također može imati različita svojstva.
18. Što se može reći o temperaturi i parcijalnom tlaku dvaju plinova odvojenih pregradom ako:
a) toplinski provodni?
b) porozni (to obično znači da molekule jednog plina mogu prodrijeti kroz pregradu, ali molekule drugog plina ne mogu)?
19. Toplinski izolirana posuda podijeljena je na dva jednaka dijela poroznom pregradom. U početnom trenutku na lijevoj strani posude nalaze se 2 mola helija, a na desnoj 1 mol argona. Početna temperatura helija je 300 K, a početna temperatura argona je 600 K. Atomi helija mogu slobodno prodrijeti kroz pore u pregradi, ali atomi argona ne mogu.
a) Je li važno provodi li pregrada toplinu ili ne?
b) Koji atomi plina u početku imaju veću prosječnu kinetičku energiju? Koliko puta veća?
c) Unutarnja energija kojeg plina je veća u početnom trenutku? Koliko puta više?
d) Objasnite zašto su prosječne kinetičke energije atoma različitih plinova jednake nakon postizanja toplinske ravnoteže.
e) Kolika će biti temperatura u posudi pri toplinskoj ravnoteži?
f) Koliko će puta prosječna kinetička energija atoma helija u toplinskoj ravnoteži biti veća od njihove prosječne kinetičke energije u početnom stanju?
g) Kako će se nakon uspostavljanja ravnoteže promijeniti tlak helija u lijevom boku posude u odnosu na početni?
h) Kako će se promijeniti tlak argona u odnosu na početni nakon uspostavljanja ravnoteže?
i) Tlak u kojem će dijelu posude biti veći nakon uspostavljanja ravnoteže? Koliko puta više?
Cilindar se nalazi okomito
Ako se cilindar nalazi okomito (slika 46.5), tada je potrebno uzeti u obzir težinu klipa, koji pritišće plin koji se nalazi na dnu cilindra. Zbog toga je tlak na dnu cilindra veći nego na vrhu. Pogledajmo primjer.
20. Okomito smještena cilindrična posuda visine l podijeljena je pomičnim klipom na dva dijela. U gornjem dijelu visine l nalazi se ν mola helija, au donjem dijelu visine l n - isto toliko mola vodika. Temperatura plinova cijelo vrijeme ostaje jednaka T. Masa klipa m, površina S i debljina klipa mogu se zanemariti u usporedbi s visinom posude.
a) Izrazite tlak u svakom dijelu posude drugim veličinama. Je li bitna vrsta plina u dijelovima posude?
b) Napišite jednadžbu koja povezuje tlak plinova u svakom dijelu posude s masom klipa i njegovom površinom.
c) Kolika je masa klipa ako je l = 50 cm, ν = 0,22 mol, T = 361 K, l in = 30 cm?
Trag. Upotrijebite jednadžbu stanja idealnog plina.
Dizanje balona
Balon (sl. 46.6) može biti u ravnoteži u zraku samo ako je Arhimedova sila koja na njega djeluje iz zraka jednaka po veličini ukupnoj sili teže koja djeluje na loptu i teret obješen o nju:
F A = F t.sh + F t.gr. (3)
U slučaju balona, Arhimedov mulj jednak je težini okolnog zraka u volumenu koji zauzima balon i njegovoj težini. Istaknuli smo riječ "okolina" kurzivom jer se gustoća atmosferskog zraka mijenja tijekom porasta iz dva razloga: prvo, smanjuje se njegov tlak, a drugo, smanjuje se njegova temperatura.
Označimo volumen lopte V. Volumen tereta i ljuske lopte obično se zanemaruje u odnosu na volumen same lopte, ali su mase tereta i ljuske lopte od velike važnosti! Masu tereta označavamo s m g, a masu ljuske s m vol. Zatim
F t.sh = (m int + m o)g,
gdje je m int masa plina kojim je kuglica napunjena.
Označimo gustoću zraka koji okružuje kuglicu s ρ ext, a gustoću plina unutar kuglice s ρ int.
21. Objasnite zašto su sljedeće jednadžbe točne:
F A = ρ ext gV,
m unutarnji = ρ unutarnji V,
V(ρ ekst – ρ int) = m gr + m vol. (4)
Trag. Upotrijebite jednadžbu (3) i odnos između mase, volumena i gustoće.
Sila na tlo balona je težina tereta koji balon može podići.
22. Objasnite zašto se modul uzgona balona izražava formulom
F ispod = Vg(ρ vanjski – ρ unutarnji) – m oko g. (5)
Iz formula (4) i (5) proizlazi da balon može podići teret samo ako je gustoća plina kojim je balon napunjen manja od gustoće okolnog zraka.
Kad bi lopta bila kruta, to bi se moglo postići djelomičnim ispumpavanjem zraka iz nje: kruta ljuska mogla bi izdržati razliku u tlaku zraka unutar i izvan lopte. Međutim, ljuska tvrde lopte bila bi preteška. Mekana školjka, koja se uvijek koristi za balone, ne može izdržati značajniju razliku tlaka. Stoga je tlak plina unutar lopte jednak tlaku okolnog zraka.
23. Objasnite zašto ako je tlak unutar lopte jednak tlaku okolnog zraka, onda jednakost vrijedi
ρ unutarnji /ρ vanjski = (M unutarnji * T vanjski) / (M vanjski * T unutarnji). (6)
Trag. Upotrijebite jednadžbu stanja idealnog plina.
Iz formule (6) jasno je da se gustoća plina kojim je kugla napunjena može učiniti manjom od gustoće okolnog zraka na dva načina:
– koristiti zagrijani zrak kao “unutarnji” plin;
– koristiti plin manje molarne mase.
Prva metoda se koristi za balone za uživanje (Sl. 46.6), a druga - za vremenske balone (Sl. 46.7), koji se dižu u veliku visinu (u ovom slučaju, balon se obično puni helijem). 
24. Objasnite zašto iz formula (5) i (6) proizlazi da se modul sile dizanja balona izražava formulom
? 25. Balon obujma 3000 m3 ima u donjem dijelu rupu kroz koju se plamenikom zagrijava zrak unutar balona na temperaturu od 77 ºC. Lopta je u ravnoteži na visini gdje je temperatura okoline 7 ºC, a njezina gustoća 1,2 kg/m3. Masa kugličnog omotača je 300 kg. Kolika je masa tereta?
Dodatna pitanja i zadaci
26. Zrak se upumpava odozgo u ponton koji leži na dnu jezera na dubini od 90 m (sl. 46.8). Kada se atom voda istisne iz pontona kroz rupu koja se nalazi u njegovom donjem dijelu. Koliku količinu atmosferskog zraka treba dovesti u ponton da može podići teret, ako je ukupna masa pontona s teretom 20 tona, a ukupni volumen tereta i stijenki pontona 5 m 3 ? Pretpostavimo da je temperatura vode blizu 0 ºS, a atmosferski tlak 10 5 Pa. 
27. U zatvorenom koljenu cijevi u obliku slova U nalazi se stupac zraka visine 30 cm.Živa u oba koljena je na istoj razini. Kolika će biti visina stupca zraka ako polako dodajete živu na vrh? Tlak je jednak normalnom atmosferskom tlaku.
28. Balon napunjen helijem je u ravnoteži u zraku. Masa jednog četvornog metra omotača balona je 50 g, temperatura zraka i helija je 27 ºS, tlak je jednak normalnom atmosferskom tlaku. Koliki je polumjer lopte?
Točan proračun zraka za ronjenje drugi je najvažniji čimbenik nakon besprijekornog tehničkog stanja opreme. Budući da ovaj zadatak postoji od izuma ronilačke opreme, odavno su razvijene posebne metode za izračunavanje potrebne količine zraka. Osnova je volumen zraka koji je potreban jednom roniocu u minuti, a zatim se dobivena vrijednost podijeli s volumenom plina u cilindru.
Ove izračune komplicira činjenica da potrošnja zraka ovisi o tjelesnoj aktivnosti. Tijekom tihog plivanja znatno je manji nego tijekom intenzivnog korištenja peraja. Drugi faktor koji se također uvijek uzima u obzir je dubina uranjanja. Što je dubina veća, to je veći tlak zraka koji se mora dovoditi. Svi čimbenici uzeti u obzir mogu se prikazati kao popis:
- Volumen cilindra.
- Tlak cilindra.
- Potrošnja zraka po minuti (označeno kao RMV)
- Dubina uranjanja.
Prva dva parametra mogu biti vrlo točna. Njihova točnost ovisi samo o tome koliko dobro odgovaraju naznačenom volumenu, kao io tome koliko je točno podešen ventil na pumpi koja je korištena za punjenje. Kompresor se isključuje na kraju punjenja pomoću senzora tlaka. Odgovoran je za to da volumen zraka u cilindru točno odgovara deklariranom.
Najteži dio je izračunati RMV. Točni podaci mogu se dobiti samo eksperimentalno. Upravo to rade kada obučavaju ronioce. Polaznik pamti očitanja manometra tijekom različitih načina ronjenja, plutajući uz struju, izrona ili mirovanja. Zatim se na temelju dobivenih podataka izvodi pojedinačni RMV pokazatelj. Podaci se bilježe u tablici s tri stupca: vrijeme i dubina ronjenja te tlak u spremniku pomoću manometra. Preračunavanjem tlaka u cilindru prema volumenu (potrebno je samo pomnožiti pokazatelje), dobit ćemo točnu vrijednost potrošnje zraka u minuti i napraviti korekcije za opterećenje i dubinu.
Ako nema vremena za takva mjerenja, koja zahtijevaju probna ronjenja s instruktorom, uzimaju se opći pokazatelji. Izračunavaju se s određenom marginom, koja je neophodna za pokrivanje svih pojedinačnih značajki. Dakle, potrošnja zraka na površini kod ronioca težine 80 kg iznosi 20 - 25 l/min. (U stvarnosti nešto manje - 16 - 22 l). Žene imaju još manju potrošnju zraka. Zatim se radi korekcija dubine. Kako se dubina ronjenja povećava, količina potrebnog zraka raste vrlo brzo. Na 50 metara (najveća dubina za amatersko ronjenje) potrebno vam je gotovo dvostruko više (oko 40 l/min.).
Maksimalni tlak udisaja razlikuje se za različite smjese. Za kisik je samo 1,3 - 1,4 atm. Zbog toga su potrebne posebne mješavine za duboko ronjenje. Prilikom sastavljanja pokušavaju osigurati da se sadržaj kisika u njima malo razlikuje od prirodnog u običnom zraku. Također se smanjuje sadržaj dušika u dubokomorskoj smjesi, jer ako koristite obični zrak, dušična narkoza počinje već na 30 metara. Za najdublje urone optimalna je mješavina helija i kisika. Gotovo da se ne koristi u amaterskom ronjenju. Punjenje cilindara helijem je teško jer ima ultra-visoku propusnost, ali kada se pomiješa s kisikom ovaj nedostatak je gotovo eliminiran.
Kod korištenja čistog zraka također je važno gdje je boca napunjena. Ovdje postoji samo jedan glavni zahtjev. Čistoća zraka je neophodna. Stoga je bolje s električnim pogonom. Tada je rizik od ugljičnog monoksida i viška ugljičnog dioksida minimalan. Optimalno je da se boce pune na ekološki prihvatljivom mjestu, na primjer na morskoj obali ili na selu.
Atmosferski zrak i njegova svojstva. Sloj zraka koji okružuje globus naziva se atmosfera. Što ste više od Zemljine površine, gustoća zraka je manja.
Atmosferski zrak je mješavina plinova. Jedna njegova litra teži 1,29 g pri atmosferskom tlaku i temperaturi od 15°C.
Sastav zraka uključuje (po volumenu) dušik - 78,13%, kisik - 20,90%, ugljični dioksid - 0,03%, argon - 0,94%. Osim toga, zrak sadrži male količine helija, vodika i drugih inertnih plinova.
Uz navedene plinove zrak sadrži vodenu paru čija količina nije konstantna.
Dušik- u normalnim uvjetima plin neutralan za tijelo. Bez boje je, bez mirisa i okusa, ne gori i ne podržava gorenje. Jedna litra dušika teži 1,25 g, gustoća mu je 0,967. Oko jedne litre dušika otopljeno je u ljudskom tijelu pri normalnom atmosferskom tlaku.
Kisik- najvažniji plin za čovjeka. Bez nje je život na Zemlji nemoguć. Kisik ne gori, ali podržava izgaranje. U svom čistom obliku je zapaljiv. Jedna litra kisika teži 1,43 g. Za disanje se koristi čisti medicinski kisik (98,99%).
Ugljični dioksid- najteži od svih plinova. Jedna njegova litra teži 1,96 g. Gustoća je 1,529 g. Pri parcijalnom tlaku od 0,03 ata, što odgovara 3% u zraku, ugljikov dioksid ima otrovni učinak na tijelo.
Mjerenje atmosferskog tlaka. Težina zraka pritišće tlo i predmete na njemu. Prvi koji je odredio vrijednost atmosferskog tlaka bio je talijanski znanstvenik Toricelli (u 17. stoljeću). Da bi to učinio, upotrijebio je dugačku staklenu cijev s površinom poprečnog presjeka od 1 cm2, zatvorenu na jednom kraju i ispunjenu živom.
Spustivši nezačepljeni kraj cijevi u otvorenu posudu sa živom, primijetio je da je potonja u cijevi pala samo do određene razine. Niže se nije spustio, jer je to spriječio pritisak zraka na živu u posudi. Mjerenjem se pokazalo da je visina živinog stupca u cijevi 760 mm, a težina 1,033 kg (slika 2). Tako je utvrđeno da je atmosferski tlak na površini zemlje na razini mora 760 mm Hg. Art., Što odgovara pritisku sa silom od 1,033 kg po 1 cm 2 ili 10,33 m vode. Umjetnost. Taj se tlak naziva atmosferski, normalni ili barometarski i označava se atm. Ovo je fizička atmosfera.
Riža. 2. Atmosferski tlak zraka
U praksi, radi praktičnosti izračuna, tehnička atmosfera se uzima kao jedinica tlaka, što je jednako tlaku od 1 kg po 1 cm 2 površine. Određen je na.
Pritisak vode na ronioca. Već smo gore rekli da prilikom ronjenja pod vodom osoba doživljava ne samo pritisak atmosferskog zraka, već i vode. Prilikom ronjenja, na svakih 10 m tlak se povećava za 1 atm. Taj se tlak naziva višak i označava ati.
Ukupni (apsolutni) pritisak vode i zraka na ronioca. Pod vodom, ronilac je izložen i atmosferskom i viškom tlaka vodenog stupca.
Njihov ukupni tlak naziva se apsolutni tlak i označava ata. Na primjer, na dubini od 10 m ronilac je pod pritiskom od 2 ata (1 ati + 1 ata), na dubini od 50 m - 6 ata, itd.
Stlačivost i elastičnost plinova. Plinovi se sastoje od čestica u kontinuiranom gibanju. Molekule plina malene su veličine, ali zauzimaju veliki volumen. Sila privlačenja između pojedinih molekula plina mnogo je manja nego u tekućinama ili čvrstim tvarima. Plinovi nemaju stalan volumen te poprimaju oblik i volumen posude u kojoj se nalaze.
Za razliku od tekućina, plinovi se pod pritiskom mogu širiti i sabijati, čime se smanjuje njihov volumen i povećava elastičnost.
Odnos između volumena i tlaka plinova uspostavljen je Boyle-Mariotteovim zakonom, koji kaže da volumen koji zauzima plin varira obrnuto proporcionalno tlaku koji na njega djeluje pri konstantnoj temperaturi. Umnožak volumena plina (V) i pripadajućeg tlaka (P) pri konstantnoj temperaturi se ne mijenja PhV=const.
Na primjer, ako uzmete 2 litre plina pod tlakom od 2 ata i promijenite taj tlak, volumen će se promijeniti na sljedeći način:
Drugim riječima, za koliko se puta poveća tlak, za toliko se smanji volumen plina i obrnuto.
Značenje ovog zakona je (praktično) Objašnjava zašto potrošnja zraka za disanje raste s povećanjem dubine (ronjenja. Ako na površini ronilac troši 30 litara atmosferskog zraka u minuti. onda na dubini od 20 m ovaj zrak. komprimira se na 3 ata, što već odgovara 90 litara zraka. Potrošnja se zapravo utrostručuje.
Pomoću ovog zakona možete napraviti potrebne izračune vezane uz ronjenje.
Primjer izračuna:
Odredite koliko litara stlačenog zraka primi ronilac pod tlakom od 4 atm na manometru ako mu se dovodi 150 litara slobodnog zraka u minuti?
Prema Boyle-Mariotteovom zakonu, P1 V1 = P2 V2.
U primjeru
Ovi izračuni vrijede samo za konstantnu temperaturu. U praksi je potrebno uzeti u obzir promjene volumena i tlaka pri različitim temperaturama. Ovisnost volumena i tlaka zraka o njegovoj temperaturi određena je Gay-Lussacovim zakonom, koji kaže da je promjena volumena plina pri stalnom tlaku izravno proporcionalna temperaturi zagrijavanja. Promjena tlaka plina pri konstantnom volumenu također je izravno proporcionalna temperaturi zagrijavanja.