Temperatura i ogólne prawo gazowe
Fizyka nurkowania · Temat 7 z 15
Temperatura i ogólne prawo gazowe
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.