Koliko će se puta promijeniti strujanje zraka ronioca. Fizičke osnove ronilačkih spuštanja. Zakoni hidrostatike i hidrodinamike

Zadaci

Riješenje.

Riješenje.

Primjeri

Boca kisika od 20 l je pod tlakom
10 MPa na 15 ºS. Nakon što se potrošio dio kisika, tlak je pao na 7,6 MPa, a temperatura na 10 ºS.

Odredite masu utrošenog kisika.

Iz karakteristične jednadžbe (2.5)

Stoga se prije potrošnje kisika njegova masa sastojala

kg,

a nakon trošenja

kg.

Dakle, potrošnja kisika

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

Odredite gustoću i specifični volumen ugljičnog monoksida TAKO 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 razrijeđenost (vakuum) jednaka 427 hPa. Pri konstantnoj temperaturi kisik se komprimira do viška tlaka
p est= 1,2 MPa. tlak zraka NA= 933 hPa.

Za koliko će se smanjiti volumen kisika?

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 tlak NA= 973 hPa.

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

Odgovor:M = 5,1 kg .

Posuda obujma 5 m 3 sadrži zrak pod barometarskim tlakom NA= 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 2,43 kg zraka. Nakon hlađenja zraka tlak će biti 10,3 kPa.

U grijač zraka parnog kotla ventilatorom se dovodi 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 m 3 / 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?

Barometarski tlak se uzima jednakim 0,1 MPa.

Odgovor:

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

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 od 18 ºS. Vakuum u posudi mjeren je živinim vakuumometrom pri temperaturi žive od 20 ºS.

Odgovor: M= 1,527 kg.

Često je potrebno rješavati probleme u kojima se ne razmatraju pojedinačni plinovi, već njihove smjese. Kod miješanja kemijski neinteragirajućih 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 struja**
* - sve jednadžbe vezane uz miješanje plinova izvedene su pod uvjetom da nema izmjene topline s okolinom; ** - ako masovni troškovi ( M 1, M 2, ... M n, kg/h) protoka miješanja su jednaki.

Ovdje k i je 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 od plinova uključenih u smjesu, a može se postaviti prema masi m i ili voluminozna r i dionice:

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

gdje M i- težina ja-ta komponenta,

Vi- djelomični ili smanjeni volumen ja- th komponenta;

M, V su masa odnosno volumen cijele smjese.

Očito 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 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. Ona je svojstvena čak i roniocima s dobrim iskustvom. Što je bit tog straha? Najčešće, to nije strah od faune dubina, a ne strah od dekompresijske bolesti. Čak ni visoki duboki tlak, poput gubitka svijesti kao posljedica hiperventilacije pluća, ne plaši nas toliko koliko nas plaši mogućnost da se nađemo u glupoj situaciji.

Ronjenje od nas zahtijeva mnoge specifične vještine. I dok se bavimo ovim sportom, više se bojimo da u očima drugih ne ispadnemo manjkavi. Bojimo se biti pod njihovom lupom, 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 trošenja zraka pod vodom jedan je od znakova iskustva. Po njemu, kao i po sposobnosti opuštanja i kontrole uzgona peraja, najčešće se ocjenjuju podvodne vještine. Nedostatak zraka i potrebu za izranjanjem ne možete sakriti od partnera, pogotovo kada je cijela grupa prisiljena prekinuti ronjenje zbog vas. Nitko ne želi biti prvi koji će podići palac gore.

A ove stalne Khvastianske usporedbe također su depresivne, kome je ostalo više zraka ...

A tlakomjer ti je pokazivao 15 bara. Ali vi ste se, naravno, unatoč svim izgledima, nadali da će ovo izmaknuti pažnji vašeg podvodnog vodiča. A vaša partnerica i supruga u jednoj osobi imala je rezervu 90. I, da budemo potpuno iskreni, tada vam već pri svakom zaronu dosadi pomisao da ćete, najvjerojatnije, na kraju morati posuditi njezinu hobotnicu.

Ali nemojte u očaju objesiti peraje na zid ili žuriti kupiti par, jer potrošnja zraka vašim plućima nije predodređena genima. Učinkovito disanje je vještina. I ne samo to, to je najvažnija adaptivna vještina koju učimo tijekom ronjenja. Ali na svakoj se vještini može raditi, a disanje nije iznimka.

Već prilikom sljedećeg ronjenja imate priliku uštedjeti zrak.

Dakle, naš ronilac, čovjek 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 balon 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. Morate promijeniti ciklus disanja.

Morate promijeniti redoslijed zadržavanja daha. Ako na kopnu kod izdisaja zastanemo (udah, pa izdah i nakon toga pauza), onda se pod vodom, za 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. Trajanje pauze pri udisaju, kao i stupanj opuštenosti, razlikuje početnika od iskusnog ronioca.

Duga stanka s opuštenim disanjem smanjuje potrošnju zraka. Opuštanje također pomaže da se izbjegne barotrauma tijekom pauze, čak i pri izronu na manju dubinu.

2. Pokušajte duboko disati.

Dišite polako, duboko i opušteno. Ovaj aksiom vam je poznat od prve lekcije, ali koja 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 biste ne samo protjerali zrak kroz dišne ​​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 izmjenu kisika.

3. Budite usporeni i opušteni u pokretima.

Zbog činjenice da je gustoća vode 800 puta veća od gustoće zraka, nećete se moći kretati pod vodom svojom uobičajenom brzinom bez puno napora. A to znači da ćete koristiti više zraka. Krećite se vrlo polako, postajući opušteni i bestežinski, poput usporenog mima. Neka vaši pokreti budu glatki i lagani, bez imalo napora.

Mnogi ronioci imaju koristi od prakticiranja joge i raznih tehnika opuštanja, koje im omogućuju da još više uspore disanje.

4. Vrlo je važno ne raditi nepotrebne pokrete rukama.

Nemojte koristiti ruke dok plivate, već koristite peraje kako biste veslali polako i ciljano. Nemojte biti poput biciklista koji pedalira brže i jače na strmoj uzbrdici. Ruke prekrižite na prsima ili ih spustite uz tijelo, ili ih zavucite iza leđa ispod rezervoara, ili ispod trake za utege ispred. Kako biste postigli stanje bestežinske opuštenosti potrebno u našem slučaju, morate postići neutralni uzgon - važnu vještinu za očuvanje zraka.

5. Naučite neutralni uzgon.

Kad ste uspjeli, potpuno ste mirni i osjećate se kao da ste potpuno lebdjeli u vodi. I ova voda oko tvog tijela te sama drži. To je jedan od najljepših osjeta i ono je ono što naše pokrete pod vodom čini učinkovitima.

Standard za testiranje savršenog uzgona je sljedeći: sa sobom nosite minimalnu težinu s kojom je moguće sigurno zaustavljanje na dubini od 3-5 metara s ravnotežom od 30 bara u cilindru, bez zraka ili s njegovim minimumom u kompenzator. Cilj je održati neutralni uzgon, bez obzira na dubinu, ispravljajući ga samo disanjem.

6. Pokušajte tijelo držati u vodoravnom položaju.

Sada kada znate kako se pravilno izvagati pomoću BC-a, budući da ste neutralno bestežinski, moći ćete se kretati vodoravno u vodi. Ovo je najučinkovitiji način. Ako je tijelo što je moguće paralelnije u odnosu na smjer kretanja, to će vam uštedjeti zrak. Najčešće, početnici, krećući se pod kutom u odnosu na vektor gibanja i, osim toga, čineći puno nepotrebnih pokreta, neproduktivno troše zrak i energiju.

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

Kako biste smanjili otpornost vodenom elementu, morate sva crijeva držati što bliže sebi. Upotrijebite mali cilindar s volumenom mješavine za disanje koji vam je potreban za ovaj zaron. 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.
Ne morate uzimati balastni uteg, osim utega 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. Sa sobom ponesite samo onu opremu koja vam je potrebna za ronjenje.

8. Važnost regulatora daha.

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

9. Tehnike uštede zraka boravkom na površini vode.

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

10. Zaustavite proizvoljan gubitak zraka.

Postoje slučajevi u kojima se zrak neizbježno gubi, kao što je izjednačavanje tlaka, ispuhavanje maske, podešavanje plovnosti, stvaranje zračnog raspora u suhim odijelima. Prilikom uklanjanja regulatora, uključite funkciju, ako postoji, potiskivanja protoka zraka. Kontrolirajte položaj nastavka za usta, mora biti okrenut prema dolje. O-prstenovi na opremi za ronjenje također mogu povremeno propuštati, ali obično kroz njih izlazi samo minimalna količina zraka. Iluzija da je moguće ekonomičnije koristiti zrak puhanjem kompenzatora pod vodom uz pomoć usta samo je iluzija. Električna pumpa za napuhavanje je u ovom slučaju poželjnija i učinkovitija. Dok je na površini, ima savršenog smisla to učiniti uz poštivanje potrebnih sigurnosnih mjera.

11. Manje posla, više ušteda.

Što manje radite s perajama pod vodom, to ćete manje zraka koristiti. Koristite snagu struje, pri ronjenju i izronu kontrolu uzgona, pri kretanju po dnu vršcima prstiju, pod uvjetom da ne oštećujete svijet oko sebe.

12. Ostanite topli.

Što vam je toplije pod vodom, to ćete koristiti manje zraka. Čak iu tropima, gdje temperatura vode doseže trideset stupnjeva, dok ronite bez ronilačkog odijela, gubite puno topline. 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 zajedno s toplim donjim rubljem.

13. Važnost tjelesne spremnosti.

Biti u dobroj fizičkoj formi omogućuje vam bolje korištenje kisika u zraku. Pravilna prehrana, odmor bez stresa, redovite sportske aktivnosti, odvikavanje od pušenja i alkohola, sve će to omogućiti da lakše podnosite ronjenje i štedite zrak.

14. Iskustvo i razina obučenosti.

Što češće ronite pod vodom, to više poboljšavate svoje vještine na dubini. Razni tečajevi ronjenja pod nadzorom iskusnih instruktora povećat će vašu razinu i razumijevanje taktike ronjenja. Obuka u operacijama spašavanja na vodi i pod vodom osigurat će vam dobru fizičku kondiciju. Sve ovo će vam nedvojbeno pomoći u razumijevanju podvodnog svijeta, kao i naučiti kako se mirno i slobodno osjećati pod vodom.

15. Odabir i peraje.

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 vještinu peraja.
Principi peraja su sljedeći: u vodi se morate kretati u vodoravnom položaju, udarci se izvode ravnom nogom iz kuka, ne smijete se previše naprezati, biti nervozni i raditi razne trzaje i tako dalje.
Peraje velikih dimenzija i velike krutosti nisu najučinkovitije, jer stvaraju dodatno opterećenje u području nogu. Prilikom odabira, glavnu važnost i pažnju treba posvetiti praktičnosti peraja.

16. Opustite se.

Ovo je glavna tajna štednje respiratornih resursa. Ne pokušavajte nekoga loviti.
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. Prilikom disanja žena će 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 uronjena je u vodu do dubine h.

1. Objasnite zašto kad se boca uroni naopako, iz nje izlaze mjehurići zraka i boca se napuni vodom (sl. 46.1).

2. Zašto boca odmah potone?

3. Objasnite zašto kad je boca uronjena 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, atmosferski tlak p a. Pretpostavljamo da temperatura zraka u boci ostaje konstantna.

5. Objasnite zašto je jednadžba točna kada je boca uronjena do dubine h

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

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 sa zrakom mijenja s povećanjem dubine?

8. Objasnite zašto se u ovom slučaju pri iznalaženju Arhimedove sile volumen tijela uronjenog u vodu mora smatrati jednakim ukupnom volumenu stakla i zraka u boci.

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

Postavimo pitanje: je li moguće zanemariti silu gravitacije koja djeluje na zrak 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 jednaku 0,5 kg; gustoća zraka na 20 ºS približno je jednaka 1,2 kg/m 3 .

Dakle, vidimo da se masa zraka u boci može zanemariti s dobrom točnošću u usporedbi s masom boce.

Označimo gustoću stakla s ρ c, a volumen stakla s V c.

10. Objasnite zašto, kada je boca sa zrakom potpuno uronjena u vodu i 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 naopako u vodu. Zapremina boce 0,5 l, zapremina stakla 0,2 l, gustoća stakla 2,5 puta veća od 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 bliskom atmosferskom gustoća zraka znatno manja od gustoće vode i krutih tvari.

Ali u slučajevima kada se radi o dizanju tereta s velike dubine stlačenim zrakom, masa stlačenog zraka može biti značajna.

Razmotrite primjer.

12. Istraživači oceanskih dubina pronašli su potopljenu škrinju s blagom na dubini od 1 km. Težina škrinje je 2,5 tone, volumen je 1 m 3. Škrinja je bila vezana sajlom za čvrstu praznu vodonepropusnu vreću i u vreću je upumpavan zrak dok nije počela plutati zajedno sa škrinjom. Radi pojednostavljenja proračuna uzet ćemo gustoću morske vode jednaku gustoći slatke vode. Pretpostavit ćemo da je voda nestlačiva, a volumen ljuske vreće je zanemariv. Temperatura vode na velikim dubinama može se smatrati blizu 0 ºS.
a) Treba li za određivanje tlaka zraka u vreći uzeti u obzir atmosferski tlak?
b) ρ označavamo gustoću vode, m c i m u masu prsa i masu zraka u vreći, V c i V u volumen prsa i volumen zraka na početku izrona, M v je molarna masa zraka, T je 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 bila masa zraka u vreći kada je torba sa škrinjom počela lebdjeti?
e) Je li moguće držati zrak izvan torbe dok torba sa škrinjom ne ispliva na površinu?

Zrak u živinoj cijevi

Zrak je u staklenoj cijevi zatvorenoj na jednom kraju. Taj je zrak od atmosferskog zraka odvojen stupcem žive duljine l rt (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.

Označavamo atmosferski tlak p a, gustoću žive ρ rt, a duljinu zraka ispunjenog dijela cijevi, kada se nalazi vodoravno, označavamo l 0 .
Pretpostavimo najprije da je temperatura zraka u cijevi konstantna.

13. Napišite jednadžbu koja povezuje vrijednosti l rt, l 0 i duljinu l dijela cijevi ispunjenog zrakom kada se nalazi:
a) okomito otvoren kraj prema gore;
b) okomito otvoreni kraj prema dolje.

14. U početnom trenutku cijev se nalazi s otvorenim krajem prema dolje. Kada je 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 mm Hg. Umjetnost.

2. Dva plina u cilindru s klipom ili pregradom

Cilindar je vodoravan

Razmotrimo najprije slučaj kada se cilindar s različitim plinovima nalazi vodoravno (na slici 46.4 različiti su plinovi shematski 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. Što se može reći o tlaku i temperaturi dvaju plinova odvojenih klipom ako:
a) provode toplinu i mogu se kretati bez trenja?
b) ne provodi toplinu, ali se može kretati bez trenja?
c) provodi toplinu, ali treba uzeti u obzir trenje između klipa i stijenki posude?

17. U vodoravno smještenom cilindru s klipom na suprotnim stranama klipa nalaze se vodik i kisik.
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, tada 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 vodljiv?
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 poroznom pregradom na dva jednaka dijela. 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) Atomi kojeg plina u početnom trenutku 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 je okomit

Ako se cilindar nalazi okomito (sl. 46.5), tada se mora uzeti u obzir težina klipa koji pritišće plin koji se nalazi na dnu cilindra. Zbog toga je tlak na dnu cilindra veći nego na vrhu. Razmotrite 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 ostaje uvijek jednaka T. Masa klipa m, površina S, debljina klipa se može zanemariti u odnosu na visinu posude.
a) Izrazite tlak u svakom dijelu posude drugim veličinama. Je li za to važna 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.

Sila uzgona balona

Balon (slika 46.6) može biti u ravnoteži u zraku samo ako je Arhimedova sila koja na njega djeluje sa strane zraka jednaka apsolutnoj vrijednosti ukupnoj gravitaciji koja djeluje na balon i teret obješen s njega:

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

U slučaju balona, ​​Arhimedova sila je jednaka težini okolnog zraka u volumenu koji zauzimaju balon i težina. Riječ "okruženje" istaknuli smo kurzivom jer se gustoća atmosferskog zraka mijenja tijekom izrona iz dva razloga: prvo, smanjuje se njegov tlak, a drugo, smanjuje se njegova temperatura.

Označimo volumen lopte s V. Volumen tereta i omotača lopte obično se zanemaruje u usporedbi s volumenom same lopte, ali su mase tereta i omotača lopte velike. važnost! Masu tereta označavamo m gr, a masu čahure - m vol. Zatim

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

gdje je m ext masa plina kojim je kuglica napunjena.

Označimo gustoću zraka koji okružuje kuglicu s ρ ext, a gustoću plina unutar kuglice s ρ ext.

21. Objasnite zašto su sljedeće jednadžbe točne:

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

Trag. Upotrijebite jednadžbu (3) i odnos između mase, volumena i gustoće.

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

22. Objasnite zašto se modul sile uzgona balona izražava formulom

F sub \u003d 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.

Da je balon krut, to bi se moglo postići djelomičnim ispuhavanjem zraka iz njega: kruta ljuska bi mogla izdržati razliku u tlaku zraka unutar i izvan balona. Međutim, ljuska krute lopte bila bi preteška. Mekana školjka, koja se uvijek koristi za balone, ne može izdržati značajniju razliku tlaka. Stoga je tlak plina unutar kugle jednak tlaku okolnog zraka.

23. Objasnite zašto ako je tlak unutar lopte jednak tlaku okolnog zraka, onda vrijedi jednakost

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

Trag. Upotrijebite jednadžbu stanja idealnog plina.

Iz formule (6) se vidi da se gustoća plina kojim je balon napunjen 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 užitak (slika 46.6), a druga - za meteorološke sonde (slika 46.7), koje se dižu u veliku visinu (u ovom slučaju balon se obično puni helijem).

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

? 25. Balon obujma 3000 m 3 ima u donjem dijelu otvor kroz koji se zrak unutar balona plamenikom zagrijava na temperaturu od 77 ºS. Lopta je u ravnoteži na visini gdje je temperatura okoline 7 ºS i njena gustoća 1,2 kg/m 3 . Masa ljuske lopte je 300 kg. Kolika je težina tereta?

Dodatna pitanja i zadaci

26. Zrak se upumpava u ponton koji leži na dnu jezera na dubini od 90 m (sl. 46.8). Atomom se voda istiskuje iz pontona kroz rupu koja se nalazi u njegovom donjem dijelu. Koliki volumen atmosferskog zraka treba dovesti u ponton da bi mogao 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 se živa polako dodaje 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 kugle?

Točan proračun zraka za ronjenje drugi je najvažniji čimbenik nakon savršenog tehničkog stanja opreme. Budući da ovaj zadatak stoji od samog trenutka izuma ronilačke opreme, odavno su razvijene posebne metode za izračunavanje potrebnog volumena zraka. Volumen zraka koji je potreban jednom roniocu u minuti uzima se kao osnova, a zatim se dobivena vrijednost dijeli s volumenom plina u cilindru.

Ove izračune komplicira činjenica da potrošnja zraka ovisi o tjelesnoj aktivnosti. Kod tihog plivanja to je znatno manje nego kod intenzivnog perajanja. Drugi faktor koji se također uvijek uzima u obzir je dubina uranjanja. Što je veća dubina, potreban vam je veći pritisak za dovod zraka. Svi čimbenici uzeti u obzir mogu se prikazati kao popis:

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

Prva dva parametra mogu biti vrlo precizna. Njihova točnost ovisi samo o tome koliko odgovaraju naznačenom volumenu, kao io tome koliko je točno podešen ventil na pumpi koja je korištena za punjenje. Kompresor se na kraju točenja goriva isključuje senzorom tlaka. Upravo iz toga je zaslužna činjenica da volumen zraka u cilindru točno odgovara deklariranom.

Najteže je izračunati RMV. Točni podaci mogu se dobiti samo empirijski. Upravo to rade kada obučavaju ronioce. Polaznik pamti očitanja manometra u različitim načinima ronjenja, plutanja uz struju, podizanja ili mirovanja. Nadalje, na temelju primljenih podataka prikazuje se pojedinačni RMV pokazatelj. Podaci se bilježe u obliku tablice s tri stupca: vrijeme i dubina ronjenja te tlak u cilindru na manometru. Nakon što smo ponovno izračunali tlak u cilindru prema volumenu (samo trebate pomnožiti brojke), dobit ćemo točnu vrijednost potrošnje zraka u minuti i izvesti 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. (Zapravo, nešto manje - 16 - 22 litre). Žene imaju još manje usisavanja zraka. Sljedeći korak je korekcija dubine. S povećanjem dubine uranjanja, potreban volumen zraka raste vrlo brzo. Na 50 metara (maksimalna dubina za amatersko ronjenje) potrebno vam je gotovo dvostruko više (oko 40 l/min.).

Za različite smjese, maksimalni tlak udisaja je različit. Za kisik je samo 1,3 - 1,4 atm. Iz tog razloga dubinsko ronjenje zahtijeva posebne mješavine. Prilikom sastavljanja pokušavaju sadržaj kisika u njima malo razlikovati od prirodnog u običnom zraku. Sadržaj dušika u dubokovodnoj smjesi također je smanjen, jer ako se koristi obični zrak, anestezija dušikom počinje već na 30 metara. Za najdublje urone optimalna je mješavina helija i kisika. U amaterskom ronjenju gotovo se i ne koristi. Punjenje cilindara helijem je teško jer ga karakterizira ultra-visoka propusnost, međutim, u smjesi s kisikom, ovaj nedostatak je gotovo izravnan.

Kod korištenja čistog zraka također je važno gdje je cilindar napunjen. Postoji samo jedan glavni zahtjev. Čistoća zraka je bitna. Stoga je bolje s električnim pogonom. Tada je rizik od dobivanja ugljičnog monoksida i viška ugljičnog dioksida minimalan. Optimalno je da se punjenje cilindara obavlja na ekološki prihvatljivom mjestu, na primjer, na morskoj obali ili u prirodi.

Atmosferski zrak i njegova svojstva. Sloj zraka koji okružuje Zemlju naziva se atmosfera. Što je 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, u zraku ima male količine helija, vodika i drugih inertnih plinova.

Osim ovih plinova, zrak sadrži vodenu paru, čija količina nije konstantna.

Dušik- u normalnim uvjetima neutralan plin 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 je najvažniji plin za ljude. 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 litra toga teži 1,96 g. Gustoća je 1,529 g. Pri parcijalnom tlaku od 0,03 atm, što odgovara 3% u zraku, ugljični dioksid ima otrovan učinak na tijelo.

Mjerenje atmosferskog tlaka. Zrak svojom težinom 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 dugu staklenu cijev s presjekom od 1 cm 2, zatvorenu na jednom kraju i ispunjenu živom.

Spustivši nezalemljeni 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 na površini zemlje na razini mora atmosferski tlak iznosi 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. Gore smo već rekli da, uranjajući pod vodu, 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 pretlak i označava se kao ati.

Ukupni (apsolutni) pritisak vode i zraka na ronioca. Pod vodom na ronioca djeluju i atmosferski i višak 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 atm (1 atm + 1 atm), na dubini od 50 m - 6 atm itd.

Stlačivost i elastičnost plinova. Plinovi se sastoje od čestica koje su u stalnom gibanju. Molekule plina su malene, 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 šire i skupljaju, smanjujući svoj volumen i povećavajući elastičnost.

Odnos između volumena i tlaka plinova utvrđen 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 uzmemo 2 litre plina pod tlakom od 2 atm i promijenimo taj tlak, volumen će se promijeniti na sljedeći način:

Drugim riječima, koliko puta poraste tlak, za toliko se smanji volumen plina i obrnuto.

Vrijednost ovog zakona ima (praktično značenje. Objašnjava zašto se potrošnja zraka za disanje povećava s povećanjem dubine (ronjenja. Ako ronilac na površini troši 30 litara atmosferskog zraka u minuti. onda je na dubini od 20 m taj zrak komprimiranog na 3 atm, što već odgovara 90 litara zraka. Potrošnja je zapravo utrostručena.

Pomoću ovog zakona možete napraviti potrebne izračune vezane uz ronjenje.

Primjer izračuna:

Odredite koliko litara stlačenog zraka primi ronilac pri tlaku od 4 ati na manometru ako mu se dovodi 150 litara slobodnog zraka u minuti?

Prema Boyle-Mariotteovom zakonu P1 V1 = P2 V2.

U primjeru

Ovi proračuni su točni samo za stalnu 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.