Osarõhk (Daltoni seadus): sukeldumine ja kõrgus

Määra hingamisgaasi hapnikusisaldus, õhurõhk pinnal ja sügavus. See leht jaotab rõhu gaaside vahel, arvutab välja hingamisteedesse jõudva koguse pärast gaasi soojenemist ja niiskumist ning näitab sügavust, kus segu hapnik muutub ohtlikuks.

Näidisarvutus — Osarõhk (Daltoni seadus): sukeldumine ja kõrgus

Kogurõhk (pind ja merevesi)	4,0288 bar
Hapniku osarõhk	0,8436 bar
Lämmastiku osarõhk koos õhu argooniga	3,1852 bar
Veeauru osa hingamisteede rõhust	1,6%
Hapnik võrreldes merepinna õhuga	397,6%
Hapnik hingamisteedes võrreldes merepinna õhuga	417,3%
Sügavuspiir 1,4 baari juures merevees	56,43 m
Sügavuspiir 1,6 baari juures merevees	65,93 m

Need on väärtused, mida kalkulaator lehe avamisel näitab. Muuda ülal mõnda sisendit, et need ümber arvutada.

Interaktiivse simulatsiooni laadimine...

Õppetund

Teooria — Osarõhk (Daltoni seadus): sukeldumine ja kõrgus

Kui gaasisegus olevad ained omavahel ei reageeri, avaldab iga gaas sellist rõhku, nagu täidaks ta kogu ruumi üksi. See on gaasi osarõhk. Osarõhkude summa annab aga kogurõhu: P = p₁ + p₂ + …. See ongi Daltoni seadus. Kui gaasi moolimurd segus on f, siis selle osarõhk on p = f·P. Nii hingamine, sukeldumine kui ka anesteesia sõltuvad osarõhust p, mitte moolimurrust f. Seetõttu võibki sama gaas olla ühes kohas täiesti ohutu ja teises eluohtlik.

Mida iga sümbol tähendab

p: ühe gaasi osarõhk baarides
f: selle moolimurd segus (näiteks õhu hapnikul 0,2094)
P: kogurõhk: atmosfääri tekitatud pinnarõhk pluss 0,1005 baari iga merevee meetri kohta
MOD: maksimaalne töösügavus ehk sügavus, kus segu hapnik jõuab valitud piirini

Eeldab: Eeldatakse, et gaasid segunevad ideaalselt. Hapnik ja lämmastik teevad seda mõnebaarise rõhu ja toatemperatuuri juures üsna täpselt. Merevee tiheduseks on võetud 1025 kg/m³. Tegelik pinnavesi jääb umbes 1020 ja 1029 vahele, mis muudab õhu 56,43 meetri piiri ligi veerand meetrit ühes või teises suunas. Kõik, mis segus pole hapnik, loetakse lämmastikuks. Sarnaselt sukeldumistabelitega sisaldab see ka õhus olevat 0,93% argooni. Hingamisteede näitajad kehtivad 37 °C-ni soojendatud ja täielikult veega küllastunud gaasi kohta. Alveoolides on hapnikku veelgi vähem, sest verest eralduv süsihappegaas võtab oma osa, kuid seda antud leht ei modelleeri.
Ei kehti, kui: Piirid on kokkuleppelised ega tulene füüsikast. 1,4 baari on PADI pakutud ohutuspiir avatud süsteemiga nitroksisukeldumisele. NOAA peab 1,6 baari juures lubatuks 45 minutit tavalist sukeldumist. Hapnikumürgistus sõltub lisaks rõhule ka ajast ja kehas ei juhtu piiri ületamise hetkel järsku midagi katastroofilist. See leht annab olukorrast vaid hetkepildi. Sukelduja kudedesse jääv lämmastik sõltub sellest, kui kaua ta igal osarõhul viibis. Seda arvutab dekompressioonitabel, kuid see leht siin mitte.

Mida rohkem hapnikku balloonis, seda madalamal on sukeldumispiir 🖖

Vajuta Õhk 30 m sügavusel, seejärel Nitrox 32 ja Nitrox 36. Sügavus ei muutu, kuid hapniku osarõhk tõuseb 0,8436 baarilt 1,2892 baarile ja seejärel 1,4504 baarile. Viimane väärtus ületab PADI avatud süsteemiga nitroksisukeldumiseks soovitatud piiri 1,4 baari. Segu jõuab selle piirini, kui f·P = 1,4, seega P = 1,4/f. Hapnikurikkam segu vajab piirini jõudmiseks väiksemat rõhku. Õhu korral on vastav sügavus 56,43 m, nitrox 32 korral 33,44 m, nitrox 36 korral 28,61 m ja puhta hapniku korral 3,85 m. Samad väärtused on allolevas tabelis ülevalt alla. Sügavusdiagrammil kulgeb iga segu sirgjoonena pinnalt eemale; suurema tõusuga sirged jõuavad punase piirjooneni varem. Algajale võib tunduda, et hapnikurikkam gaas sobib sügavale sukeldumiseks paremini, kuid tegelikult tuleb sellega piirduda väiksema sügavusega.

Everesti õhus on 20,94% hapnikku, täpselt nagu mererannas 🖖

Klõpsa valikut Everesti tipp. Hapnikulahter näitab endiselt 20,94, sest tegemist on sama õhuga. Hapnik, lämmastik ja argoon püsivad samas vahekorras isegi kõrgemal kui ükski mägi. Muutunud on aga kogurõhk. John Westi ekspeditsioon võttis tipus ainsa baromeetrilugemi, mis avaldati aastal 1983. Tulemuseks oli 253,0 torri ehk 0,3373 baari. Daltoni seadus teeb ülejäänu. 20,94% 0,3373 baarist on 0,0706 baari hapnikku. Merepinna 0,2122 baariga võrreldes on see vaid 33,3%. Mida veri sellise rõhuga peale hakkab, on juba hapniku dissotsiatsioonikõvera teema.

Kopsudes saab kolmandikust vähem kui kolm kümnendikku 🖖

Õhk soojeneb hingamisteedes 37 °C juurde ja küllastub veega. Veeauru osarõhk 37 °C juures on 0,0628 baari (füsioloogiaõpikute 47 mmHg). See kehtib nii kõrgel mägedes kui ka merepinnal. Selle määrab ainult hingamisteede temperatuur ja ei miski muu. Teised gaasid jagavad omavahel ülejäägi. Merepinnal võtab vesi 6,2% rõhust ning hingamisteedesse jõuab hapnikku 0,1990 baari. Tipus moodustab aga seesama 0,0628 baari palju väiksemast kogurõhust juba 18,6%. Hapniku osarõhk langeb 0,0575 baarile, mis on 28,9% merepinna tasemest, kuigi kuiv õhk lubas 33,3%. Teine paneel joonistab mõlemad jaotused kõrvuti. 30 m sügavusel vee all moodustab vesi rõhust kõigest 1,6% ja selle mõju on kaduvväike.

Ülesanne täielikult lahendatud

Nitroksi valimine 30 m sukeldumiseks ja mida see annab 4 sammu
Plaanis on 30 m sügavune meresukeldumine. Milline on kõige rikkam nitroks, mis hoiab hapniku seal 1,4 baari piirides, ja kui palju lämmastikku see õhuga võrreldes säästab? Algsete rõhkude nägemiseks klõpsa valikut Õhk 30 m juures.

Ava see ülesanne tööriistas
1. See leht lähtub segust ja leiab selle piiri. Sukeldumise planeerimisel liigutakse aga vastupidises suunas. 30 m sügavusel on kogurõhk 4,0288 baari. Hapniku osa, mis moodustaks sellest 1,4 baari, saadakse jagades 1,4 kogu rõhuga.
  
  $P = 1.01325 + 0.100518 \times 30 = 4.0288 bar f_{m a x} = \frac{1 . 4}{4 . 0288} = 0.3475$
2. Segusid nimetatakse täisprotsentides. Tulemus tuleb alati ümardada allapoole, mitte kunagi üles, sest ülespoole ümardamine viiks 30 meetrit juba üle ohupiiri. Õige gaas on nitroks 34 ja selle tööpiir jääb täpselt plaanitud sügavusest allapoole.
  
  $f = 0.34 : d = \frac{1 . 4/0 . 34 - 1 . 01325}{0 . 100518} = 30.88 m$
3. Nüüd lämmastiku juurde. 30 m sügavusel kannab nitroks 34 kaasas 0,66 osa 4,0288 baarist, õhu puhul on vastav näitaja 0,7906.
  
  $p_{N_{2}} = 0.66 \times 4.0288 = 2.6590 bar air: 0.7906 \times 4.0288 = 3.1852 bar$
4. Küsi endalt, millisel sügavusel oleks õhus samasugune lämmastikukogus. Vastuseks on ekvivalentne õhusügavus, mida kasutatakse õhu dekompressioonitabelite lugemiseks nitroksiga sukeldumisel.
  
  $P_{air} = \frac{2 . 6590}{0 . 7906} = 3.3633 bar \Rightarrow d = \frac{3 . 3633 - 1 . 01325}{0 . 100518} = 23.38 m$
Vastus

Nitroks 34, mille tööpiir on 30,88 m ja lämmastikuväärtus vastab õhule 23,38 m juures. Sukelduja läheb küll 30 m sügavusele, aga kudedesse jõudva lämmastiku seisukohalt toimub sukeldumine 6,62 meetrit madalamal. Just selleks nitroks ongi mõeldud. Marginaal, mis selle võimaldab, on 0,88 meetrit. Kui ballooni täita kogemata ühe protsendi võrra rikkamalt ehk 35% seguga, tõuseb piir 29,71 meetrini, mis on sukeldumissügavusest ülevalpool. See on ka põhjus, miks sukelduja kontrollib alati gaasisegu analüsaatoriga enne selle hingamist.

$nitrox 34 : 30 - 23.38 = 6.62 m f = 0.35 : d = 29.71 m < 30$

Õpitee

Segud ja lahused

Allikad (3)

Air's 20.94% oxygen, from the composition of dry air the International Committee for Weights and Measures adopted for its air-density formula: A. Picard, R. S. Davis, M. Gläser and K. Fujii, "Revised formula for the density of moist air (CIPM-2007)." Metrologia 45(2), 2008, pp. 149-155. DOI 10.1088/0026-1394/45/2/004
The summit's 253.0 Torr, a single reading taken on the American Medical Research Expedition to Everest, and the base-camp and camp pressures beside it: J. B. West, S. Lahiri, K. H. Maret, R. M. Peters Jr and C. J. Pizzo, "Barometric pressures at extreme altitudes on Mt. Everest: physiological significance." Journal of Applied Physiology 54(5), 1983, pp. 1188-1194. DOI 10.1152/jappl.1983.54.5.1188
The two oxygen limits: PADI's 1.4 bar for open-circuit nitrox and NOAA's 45 minutes at 1.6 bar, as a diving physician summarises them for the Divers Alert Network: Ed Thalmann, "Oxygen Toxicity." Divers Alert Network, dan.org.

42Mathi meeskond · Kontrollitud avaldatud allikate põhjal. Parandused on teretulnud.