Grundlæggende dykkerfysik. Luftens sammensætning Luftens egenskaber Tryk Boyles lov Trykkets betydning

Transkript

1 Grundlæggende dykkerfysik Luftens sammensætning Luftens egenskaber Tryk Boyles lov Trykkets betydning

2 Luftens sammensætning Oxygen O2 Nitrogen N2 Øvrige Kuldioxid Hydrogen Ædelgasser Vanddampe Forurening O2 21% Øvrige 1% N2 78%

3 Luftens egenskaber Ved havets overflade vejer 1 m3 1,3 kg Ved havets overflade udøver luften et tryk på 1 bar (atmosfærisk tryk) Ved hurtig sammentrykning (kompression) opvarmes luften Ved hurtigt trykfald (dekompression) afkøles luften Luften udvider sig ved opvarmning Luften trækker sig sammen ved afkøling

4 Tryk Trykket under vand stiger med 1 bar for hver 10 meter Meter Bar ,

5 Beregning af tryk Trykket (p) på en given dybde (x): 10 + x p= 10 Eksempel: Beregn trykket på 37 meters dybde: p= 10 p = 4,7 bar

6 Beregning af tryk Beregn trykket på følgende dybder: 15 meter 11 meter 7 meter 18 meter 47 meter 115 meter 2,5 bar 2,1 bar 1,7 bar 2,8 bar 5,7 bar 12,5 bar 10 + x p= 10

7 Boyles lov Boyles lov kan bruges til at beregne rumfangsændringer som følge af trykstigning eller trykfald. p1 x V1 = p2 x V2 p (pressure) er trykket i bar V (volumen) er rumfanget i liter

8 Boyles lov Beregning af luftforbrug: Du har en dykkerflaske med et rumfang på 12 l og den er fyldt til 200 bar. Du skal altid have 50 bar i reserve og du kan derfor kun benytte 150 bar. Hvor mange liter fri luft har du til rådighed? p1 x V1 = p2 x V2 p1 = 150 bar V1 = 12 l p2 = 1 bar V2 = (150 x 12)/1 = 1800 l

9 Boyles lov Beregning af luftforbrug fortsat: Luftforbruget stiger jo længere du kommer ned men volumeforbruget er det samme. I overfladen er luftforbruget ca. 25 l/min. Hvad vil dit luftforbrug være på 15 meters dybde? p1 x V1 = p2 x V2 p1 = 2,5 bar V1 = 25 l p2 = 1 bar V2 = (2,5 x 25)/1 = 62,5 l/min

10 Boyles lov Beregning af luftforbrug fortsat: Du har 1800 l fri luft til rådighed. Dit luftforbrug er 62,5 l/min på 15 meters dybde. Hvor længe vil luften i din dykkerflaske række? 1800 l / 62,5 l/min = 28,8 min. Luften i din 12 l. dykkerflaske fyldt til 200 bar, vil på et dyk til 15 meter række i ca. 29 minutter. Og du vil stadig have 50 bar i reserve.

11 Boyles lov Beregning af mængde fri luft når der tages højde for en reserve på 50 bar: 10 l flaske med 200 bar: 12 l flaske med 220 bar: 15 l flaske med 210 bar: 12 l flaske med 210 bar: 1500 l 2040 l 2400 l 1920 l p1 x V1 = p2 x V2

12 Boyles lov Beregning af luftforbrug på forskellige dybder, når det antages at luftforbruget ved overfladen er 25 l/min: Luftforbrug på 7 m: Luftforbrug på 10 m : Luftforbrug på 18 m : Luftforbrug på 47 m : 42,5 l/min 50 l/min 70 l/min 142,5 l/min p1 x V1 = p2 x V2

13 Boyles lov Beregning af hvor lang tid luften i dykkerflasken strækker: Mængde fri luft: 1500 l, luftforbrug: 42,5 l/min Mængde fri luft: 2040 l, luftforbrug: 50 l/min Mængde fri luft: 2400 l, luftforbrug: 70 l/min Mængde fri luft: 1920 l, luftforbrug: 142,5 l/min 35 min. 41 min. 34 min. 13 min.

14 Boyles lov Hvor lang tid kan du dykke med følgende flasker: 12 l flaske med 230 bar, på 12 meters dybde: 10 l flaske med 210 bar, på 15 meters dybde: 15 l flaske med 190 bar, på 18 meters dybde: 10 l flaske med 180 bar, på 17 meters dybde: p1 x V1 = p2 x V2 39 min. 25 min. 30 min. 19 min.

15 Trykkets betydning Luften udvider sig når trykket falder, f.eks. under opstigning i forbindelse med dykning. Hvor meget vil luften i dine lunger fylde i overfladen, hvis du på 10 meters dybde har taget en indånding og holdt vejret under opstigning? Ved en indånding er der ca. 6 liter luft i dine lunger. Uanset hvor meget du ånder ud vil der, og skal der altid være ca. 1 liter luft tilbage i lungerne. p1 x V1 = p2 x V2 p1 = 1 bar p2 = 2 bar V2 = 6 l V1 = (2 x 6)/1 = 12 l HUSK ALTID AT ÅNDE UD UNDER OPSTIGNING!!!

16 Lungesprængning Symptomer Årsag Behandling Forebyggelse

17 Lungesprængning Symptomer: Åndenød Brystsmerte og hoste Skummende lyserødt eller rødt opspyt Symptomerne kommer hurtigt efter dykkeren er kommet til overfladen eller under opstigningen.

18 Lungesprængning Årsag: Dykkere holder vejret under opstigningen. NB - VIGTIGT Hvis lungerne er fyldt helt op kan en lungesprængning opstå på 1 meter

19 Lungesprængning Behandling: Genoplivning Chockbehandling Oxygen Transport til trykkammer

20 Lungesprængning Forebyggelse: Det er bedre at forebygge end at helbrede DERFOR 1. Træk vejret normalt under opstigningen 2. Lad være med at dykke hvis du er forkølet, har høfeber eller astma.

21 Trykudligning Kroppen består af flere hulrum, som ikke lader sig trykke sammen: Det er derfor nødvendigt at trykket kan udlignes i hulrummene, i forhold til det omgivende tryk. Hvis der ikke sker en udligning, opstår der en trykforskel. Dette kan medføre såkaldte differenstrykskader (squeeze). HUSK ALTID AT FÅ TRYKUDLIGNET!!!

22 Squeezes Øresqueeze Indadrettet Udadrettet Tandsqueeze Bihulesqueeze Øjensqeeze Lungesqueeze

23 Spørgsmål

24 Dykkerfysik Partialtryk Luftarters opløselighed Archimides lov Lysforhold under vand Lydforhold under vand Varmeoverføring Partialtrykskader

25 Partialtryk Daltons Lov Dersom flere luftarter er indesluttet i samme beholder, er luftblandingens tryk lig med summen af de enkelte luftarters partialtryk Ved partialtryk forstås det tryk, som hver enkelt luftart ville udøve, hvis den var alene

26 Partialtryk Partialtrykket af oxygen og nitrogen i en 10 l dykkerflaske, der er trykket op til 200 bar. 78% N2, 21% O2, 1% andet. pn2 = 200*78/100 = 156 bar po2 = 200*21/100 = 42 bar pandet = 2 bar

27 Luftarters opløselighed Henrys Lov Den mængde af den luftart, der optages i en væske, hvormed den ikke indgår i en kemisk forbindelse, er proportional med den pågældende luftarts tryk

28 Arkimedes lov Et legeme, der nedsænkes i en væske, taber lige så meget i vægt, som vægten af den mængde væske, der fortrænges

29 Lysabsorbering

30 Lysbrydning Når lyset går fra luft til vand eller omvendt, vil der ske en brydning af lyset. Dette skyldes, at lysets hastighed i vand er langsommere end i luft.

31 Lysbrydning Forholdet mellem det sete og det virkelige er 4 til 3. Derfor syntes alting større under vand.

32 Lyd under vand

33 Varmeoverføring Temperaturforskel mellem legeme og omgivelser vil søges udlignet. Konvektion Ledning Stråling Fordampning

34 Partialtrykskader Trykfaldssyge Nitrogenforgiftning Kuldioxidforgiftning Iltforgiftning

35 Spørgsmål

36 Grundlæggende dykkerfysik Luftens sammensætning Luftens egenskaber Tryk Boyles lov Trykkets betydning

37 Luftens sammensætning Oxygen O2 Nitrogen N2 Øvrige Kuldioxid Hydrogen Ædelgasser Vanddampe Forurening O 2 21% Øvrige 1% N2 78% Hvad består luft af? Atmosfærisk luft er sammensat af forskellige luftarter. Den består af oxygen O2 på 21% Nitrogen eller kvælstof N2 på 78% Og andet (kuldioxid CO2, ædelgasser, vanddampe og forurening) på 1%

38 Luftens egenskaber Ved havets overflade vejer 1 m3 1,3 kg Ved havets overflade udøver luften et tryk på 1 bar (atmosfærisk tryk) Ved hurtig sammentrykning (kompression) opvarmes luften Ved hurtigt trykfald (dekompression) afkøles luften Luften udvider sig ved opvarmning Luften trækker sig sammen ved afkøling Vejer luft noget? Luft vejer ca. 1,3 kg pr liter ved havets overflade. Hvilken betydning har det i forbindelse med dykning? Vi forbruger luft under vores dykning og mister dermed vægt. Det skal vi tage højde for i vores afbalancering. Jordens tiltrækningskraft gør at luften udøver et tryk mod jordens overflade. Lige ved jordens overflade har vi et tryk på 1 bar, hvilket kaldes atmosfærisk tryk. Tryk = Kraft pr. Arealenhed. 1 bar = 1kg pr. cm2 Det betyder at en dykkerflaske med et tryk på 200 bar har et meget stort tryk på siderne, hvilket bedst kan forklares med at luftmolekylerne ofte støder mod dykkerflaskens sider og dermed skaber dette tryk. Ved hver kollision påvirkes flasken, som når man sparker en bold ind på en mur.

39 Tryk Trykket under vand stiger med 1 bar for hver 10 meter Meter Bar , Hvad består vand af? H2O som er en kemisk sammensætning mellem brint og ilt. Vand er ca. 800 gange tættere end luft. Hvor meget vejer vand? 1 liter vand vejer 1 kg. Da vand vejer langt mere end luft øges trykket også hurtigt når vi bevæger os ned i vandet. Helt præcist øges trykket med 1 bar for hver 10 meter vi bevæger os ned i vandet.

40 Beregning af tryk Trykket (p) på en given dybde (x): p= 10 + x 10 Eksempel: Beregn trykket på 37 meters dybde: p= p = 4,7 bar

41 Beregning af tryk Beregn trykket på følgende dybder: 15 meter 11 meter 7 meter 18 meter 47 meter 115 meter 2,5 bar 2,1 bar 1,7 bar 2,8 bar 5,7 bar 12,5 bar p= 10 + x 10

42 Boyles lov Boyles lov kan bruges til at beregne rumfangsændringer som følge af trykstigning eller trykfald. p1 x V1 = p2 x V2 p (pressure) er trykket i bar V (volumen) er rumfanget i liter Tryk og rumfang er omvendt proportionale. P*V = konstant Gælder kun for konstant temperatur Fri luft Så meget som luft under et givent tryk vil fylde hvis den blev sluppet ud af sin beholder.

43 Boyles lov Beregning af luftforbrug: Du har en dykkerflaske med et rumfang på 12 l og den er fyldt til 200 bar. Du skal altid have 50 bar i reserve og du kan derfor kun benytte 150 bar. Hvor mange liter fri luft har du til rådighed? p1 x V1 = p2 x V2 p1 = 150 bar V1 = 12 l p2 = 1 bar V2 = (150 x 12)/1 = 1800 l

44 Boyles lov Beregning af luftforbrug fortsat: Luftforbruget stiger jo længere du kommer ned men volumeforbruget er det samme. I overfladen er luftforbruget ca. 25 l/min. Hvad vil dit luftforbrug være på 15 meters dybde? p1 x V1 = p2 x V2 p1 = 2,5 bar V1 = 25 l p2 = 1 bar V2 = (2,5 x 25)/1 = 62,5 l/min

45 Boyles lov Beregning af luftforbrug fortsat: Du har 1800 l fri luft til rådighed. Dit luftforbrug er 62,5 l/min på 15 meters dybde. Hvor længe vil luften i din dykkerflaske række? 1800 l / 62,5 l/min = 28,8 min. Luften i din 12 l. dykkerflaske fyldt til 200 bar, vil på et dyk til 15 meter række i ca. 29 minutter. Og du vil stadig have 50 bar i reserve.

46 Boyles lov Beregning af mængde fri luft når der tages højde for en reserve på 50 bar: 10 l flaske med 200 bar: 12 l flaske med 220 bar: 15 l flaske med 210 bar: 12 l flaske med 210 bar: 1500 l 2040 l 2400 l 1920 l p 1 x V1 = p 2 x V2

47 Boyles lov Beregning af luftforbrug på forskellige dybder, når det antages at luftforbruget ved overfladen er 25 l/min: Luftforbrug på 7 m: Luftforbrug på 10 m : Luftforbrug på 18 m : Luftforbrug på 47 m : 42,5 l/min 50 l/min 70 l/min 142,5 l/min p 1 x V1 = p 2 x V2

48 Boyles lov Beregning af hvor lang tid luften i dykkerflasken strækker: Mængde fri luft: 1500 l, luftforbrug: 42,5 l/min Mængde fri luft: 2040 l, luftforbrug: 50 l/min Mængde fri luft: 2400 l, luftforbrug: 70 l/min Mængde fri luft: 1920 l, luftforbrug: 142,5 l/min 35 min. 41 min. 34 min. 13 min.

49 Boyles lov Hvor lang tid kan du dykke med følgende flasker: 12 l flaske med 230 bar, på 12 meters dybde: 10 l flaske med 210 bar, på 15 meters dybde: 15 l flaske med 190 bar, på 18 meters dybde: 10 l flaske med 180 bar, på 17 meters dybde: p 1 x V1 = p 2 x V2 39 min. 25 min. 30 min. 19 min.

50 Trykkets betydning Luften udvider sig når trykket falder, f.eks. under opstigning i forbindelse med dykning. Hvor meget vil luften i dine lunger fylde i overfladen, hvis du på 10 meters dybde har taget en indånding og holdt vejret under opstigning? Ved en indånding er der ca. 6 liter luft i dine lunger. Uanset hvor meget du ånder ud vil der, og skal der altid være ca. 1 liter luft tilbage i lungerne. p1 x V1 = p2 x V2 p1 = 1 bar p2 = 2 bar V2 = 6 l HUSK ALTID AT ÅNDE UD UNDER OPSTIGNING!!! V1 = (2 x 6)/1 = 12 l For at vores lunger ikke bliver trykket sammen, så vil vi have den samme volume luft i lungerne, men omregnet til fri luftmængde vil den være forskellig afhængig af vores dybde.

51 Lungesprængning Symptomer Årsag Behandling Forebyggelse

52 Lungesprængning Symptomer: Åndenød Brystsmerte og hoste Skummende lyserødt eller rødt opspyt Symptomerne kommer hurtigt efter dykkeren er kommet til overfladen eller under opstigningen.

53 Lungesprængning Årsag: Dykkere holder vejret under opstigningen. NB - VIGTIGT Hvis lungerne er fyldt helt op kan en lungesprængning opstå på 1 meter

54 Lungesprængning Behandling: Genoplivning Chockbehandling Oxygen Transport til trykkammer Enhver dykkerskade skal betragtes som en lungesprængning medmindre der er objektive indikationer på det modsatte.

55 Lungesprængning Forebyggelse: Det er bedre at forebygge end at helbrede DERFOR 1. Træk vejret normalt under opstigningen 2. Lad være med at dykke hvis du er forkølet, har høfeber eller astma.

56 Trykudligning Kroppen består af flere hulrum, som ikke lader sig trykke sammen: Det er derfor nødvendigt at trykket kan udlignes i hulrummene, i forhold til det omgivende tryk. Hvis der ikke sker en udligning, opstår der en trykforskel. Dette kan medføre såkaldte differenstrykskader (squeeze). HUSK ALTID AT FÅ TRYKUDLIGNET!!!

57 Squeezes Øresqueeze Indadrettet Udadrettet Tandsqueeze Bihulesqueeze Øjensqeeze Lungesqueeze Kommer vi tilbage til

58 Spørgsmål

59 Dykkerfysik Partialtryk Luftarters opløselighed Archimides lov Lysforhold under vand Lydforhold under vand Varmeoverføring Partialtrykskader

60 Partialtryk Daltons Lov Dersom flere luftarter er indesluttet i samme beholder, er luftblandingens tryk lig med summen af de enkelte luftarters partialtryk Ved partialtryk forstås det tryk, som hver enkelt luftart ville udøve, hvis den var alene Hvad betyder så det? Tidligere snakkede vi om, at almindelig luft var sammensat af ilt og kvælstof. Ved partialtryk forstås det tryk som hver enkelt luftart ville udøve hvis den var alene. Forgiftning: ilt, nitrogen, kuldioxid Mangel: ilt Mætning: nitrogen Hvilket tryk udøver henholdsvis ilt og kvælstof i almindelig luft?

61 Partialtryk Partialtrykket af oxygen og nitrogen i en 10 l dykkerflaske, der er trykket op til 200 bar. 78% N2, 21% O2, 1% andet. pn2 = 200*78/100 = 156 bar po2 = 200*21/100 = 42 bar pandet = 2 bar

62 Luftarters opløselighed Henrys Lov Den mængde af den luftart, der optages i en væske, hvormed den ikke indgår i en kemisk forbindelse, er proportional med den pågældende luftarts tryk Og hvad betyder så det? Det betyder at hvis en væske har optaget en luftart og den væske skal udskilles igen skal det ske ved tilpas lav hastighed da luftarten ellers bliver til bobler. Eksempel med danskvand Hvor har det betydning i forbindelse med dykning? Hvad sker der med den luft vi indånder? Og hvad så når vi er under tryk? Nitrogen opløses i blod. Større tryk, øget åndedræt, længere tid => mere opløst. Trykfald: Nitrogen tilbage til luftform.

63 Arkimedes lov Et legeme, der nedsænkes i en væske, taber lige så meget i vægt, som vægten af den mængde væske, der fortrænges Hvilken betydning har den i forbindelse med dykning? Afbalancering Hæve genstande fra bunden Eksempel: En dykker fortrænger 95 liter vand. Han vejer 87 kg. Han har positiv opdrift. Han fortrænger mere vand end han vejer. Hvor meget bly skal han have på?? Hvis han vejer mere end han fortrænger har han negativ opdrift. Hvordan kan en dykker skabe positiv opdrift? Puste luft i vesten Droppe blyet (kun i nødsituation) Det er vigtigt at vi har en god afbalancering, da det giver en mere komfortabel dykning og sparer på luften. Hvor skal der bruges mest bly saltvand eller ferskvand?

64 Lysabsorbering Sollys blanding af synlige stråler i forskellige bølgelængder. Rødt og gult forsvinder først. Blåt når dybest ned i klart havvand. Hvorfor er vandet herhjemme så grønt? I kystnært vand (alger og plankton) kan det ændres så grønt når dybest. På større dybder kan du med fordel benytte lygte og ved foto skal der benyttes blitz.

65 Lysbrydning Når lyset går fra luft til vand eller omvendt, vil der ske en brydning af lyset. Dette skyldes, at lysets hastighed i vand er langsommere end i luft. Hvorfor brydes lyset når det går fra luft til vand? Hastigheden ændres. Hvilken betydning har det for os? Når lyset bryder vandet ændrer lyset retning. Det betyder at vi vil opleve ting som lidt større og lidt nærmere end de faktisk er.

66 Lysbrydning Forholdet mellem det sete og det virkelige er 4 til 3. Derfor syntes alting større under vand. Størrelsesforholdet er 4:3. En fisk der ser ud til at være 40 cm er i virkeligheden kun 30 cm. Brug evt. hånden til at måle med.

67 Lyd under vand Hvad er lydens hastighed i luften ved havets overflade? 340 m/s I vand er lydens hastighed ca m/s. Når vi retningsbestemmer lyden sker ved at hjernen registrer tidsforskellen mellem lyden når begge ører. Hjernen kan ikke opfatte tidsforskellen under vand og derfor kan vi ikke retningsbestemme lyden. Lyden forplanter sig længere i vand. Eksempler fra dykning. Evt. med skib der kommer sejleden og lydens retning ikke kan bestemmes.

68 Varmeoverføring Temperaturforskel mellem legeme og omgivelser vil søges udlignet. Konvektion Ledning Stråling Fordampning Konvektion: Dykker i vand Strømninger gennem luft eller væske. Ledning: forplantning Varme forplanter sig gennem et stof. F.eks. en jernstang. Stråling: ligesom sol F.eks. solens opvarmning af jorden. Fordampning: dykker op fra vand Hvilken har størst betydning ved dykning? Hvordan kan vi undgå afkøling?

69 Partialtrykskader Trykfaldssyge Nitrogenforgiftning Kuldioxidforgiftning Iltforgiftning Kommer vi tilbage til

70 Spørgsmål