Nurkowanie.com.pl

Temperatura i ogólne prawo gazowe

Fizyka nurkowania · Temat 7 z 15

Temperatura i ogólne prawo gazowe

Spis tematów
  1. 1Materia: atom, cząsteczka i mieszanina
  2. 2Masa, ciężar, gęstość i jednostki
  3. 3Dlaczego woda zachowuje się inaczej niż powietrze
  4. 4Ciśnienie hydrostatyczne, absolutne i względne
  5. 5Prawo Boyle’a: ciśnienie i objętość
  6. 6Prawo Archimedesa i trzy stany pływalności
  7. 7Temperatura i ogólne prawo gazowe
  8. 8Zapas gazu, RMV i wpływ głębokości
  9. 9Prawo Daltona i ciśnienie parcjalne
  10. 10Prawo Henry’ego i wymiana gazów
  11. 11Tlen, azot, hel i zanieczyszczenia
  12. 12Przewodzenie, konwekcja i utrata ciepła
  13. 13Światło, barwy i pozorna wielkość
  14. 14Dźwięk pod wodą
  15. 15Nurkowanie na wysokości
  16. ✓Sprawdź się

Dla niezmiennej ilości gazu idealnego: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂. Temperatura musi być w kelwinach. Przy stałej objętości wzrost temperatury zwiększa ciśnienie; przy stałym ciśnieniu zwiększa objętość. Są to szczególne przypadki jednego związku.

Przykład: w zamkniętej butli jest 200 bar ciśnienia względnego przy 20°C. Przyjmując 1 bar otoczenia, p₁ = 201 bar absolutnego, T₁ = 293,15 K. Po ogrzaniu do 40°C: p₂ = 201 · 313,15 / 293,15 ≈ 214,7 bar absolutnego, czyli około 213,7 bar względnego. Założono gaz idealny i niezmienną objętość.

Rzeczywisty gaz pod wysokim ciśnieniem odbiega od tego modelu. Przykład wyjaśnia, dlaczego odczyt po napełnieniu zmienia się podczas stygnięcia; nie uzasadnia przegrzewania ani przekraczania ciśnienia roboczego butli.

Dwa przypadki ogrzewania gazu

Jeżeli ilość gazu i objętość pozostają stałe, wzrost temperatury powoduje wzrost ciśnienia. Tak w przybliżeniu zachowuje się zamknięta butla. Jeżeli gaz może swobodnie zwiększać objętość przy stałym ciśnieniu, ogrzewanie prowadzi przede wszystkim do rozszerzania. Ogólna zależność pV/T pozwala połączyć oba przypadki, pod warunkiem stosowania temperatury bezwzględnej i ciśnienia absolutnego.

Skala Celsjusza nie nadaje się bezpośrednio do proporcji w prawach gazowych. Temperatura 20°C to 293,15 K, a 40°C to 313,15 K. Ogrzanie z 20 do 40°C nie oznacza zatem podwojenia temperatury bezwzględnej ani podwojenia ciśnienia w butli. Ta pomyłka daje bardzo duże błędy mimo pozornie prostego rachunku.

Dlaczego odczyt po napełnieniu może się zmienić

Podczas sprężania gaz i butla ogrzewają się. Gdy zestaw później oddaje ciepło otoczeniu, wskazanie manometru może spaść bez wycieku. Sam spadek nie wystarcza jednak do rozpoznania przyczyny: trzeba znać temperaturę i sprawdzić stan sprzętu właściwą metodą. Wysokociśnieniowe mieszaniny nie zawsze zachowują się idealnie, dlatego proste równanie jest przybliżeniem.

Zależność temperatury i ciśnienia nie jest instrukcją podgrzewania ani przepełniania butli. Dopuszczalne warunki wynikają z oznaczeń i zasad napełniania. W nurkowaniu praktyczny wniosek jest prostszy: porównując odczyty, uwzględniaj warunki termiczne, a zapas gazu oceniaj przed użyciem w rzeczywistym stanie zestawu. Sprawdź również lekcję o butlach i zaworach.

Źródła rozdziału