Определение парциальных компонентов газовых смесей

Парциальное давление — давление, которое оказывал бы газ, входящий в газовую смесь, если бы из нее были удалены все остальные газы при условии сохранения постоянными температуры и объема.

Общее давление газовой смеси определяется законом Дальтона: общее давление смеси газов, занимающих определенных объем, равно сумме парциальных давлений, которыми обладал бы каждый отдельно взятый газ, если бы он занимал объем, равный объему смеси газов.

где, — общее давление, — Парциальное давление Для каждого парциального давления мы можем переписать уравнение идеального газа.

Идеальные газы — газы, в которых отсутствуют какиелибо взаимодействия между частицами, и которые подчиняются 2-м закономерностям:

Уравнение Менделеева — Клапейрона (уравнение состояния идеального газа):

PV = nRT.

Для одного моль идеального газа:

PV = RT.

Закон Гей — Люссака — Джоуля: внутренняя энергия является функцией температуры.

U = f (T);

;

Возможность вычисления парциального давления газа, крайне важно потому, что парциальное давление газа определяет воздействие на нашу физиологию и поведение нашего организма под водой. Темы, связанные с парциальным давлением должны быть известны всем дайверам и особенно дайверам, которые используют дыхательные смеси помимо воздуха (нитрокс, тримикс):

Ptot = PP1 + PP2 + … + PPn [at] (1).

где: Ptot — общее давление (абсолютное) газовой смеси, PP1-парциальное давление 1, РР2 — парциальное давление газа 2, РРn-парциальное давление газа n.

Мы обозначим парциальное давление каждого компонента смеси PP, которое является результатом умножения общего давления Ptot на содержание данной фракции газа (F) (выражается в сотых долях после запятой).

PP = Ptot * F [ат] (2).

Например, процент кислорода О2 в атмосфере (то есть для давления 1ат) (фракция) — 21%, после замены на сотые F = 0,21 мы получаем:

PPO2 = 1ат * 0,21 = 0, 21 ат Для азота N2 в воздухе (79%) это будет:

PPN2 = 1ат * 0,79 = 0, 79 ат.

Если вы хотите вычислить парциальное давление газа на любой глубине по формуле (2), вы должны учитывать увеличение общего давления (абсолютного). Общее давление равно атмосферному и гидростатическому давлению и его можно рассчитать по формуле:

Ptot = D/10 + 1 [ат] (3).

где: D-глубина в [м].

Объединив формулы (2) и (3) получаем:

PP = (D/10 + 1) * F [ат].

Например, парциальное давление на глубине 30 м для фракции кислорода FO2 = 0,21 равно:

PPO2 = (30/10 + 1) *0,21 = 4×0,21 = 0, 84 ат Если, однако, дайвинг происходит на нитроксе с содержанием фракции кислорода FO2 = 0,36, мы получаем парциальное давление кислорода:

PPO2 = (30/10 + 1) * 0,36 = 4 *0,36 = 1, 44 ат В любительском дайвинге парциальное давление кислорода не должно превышать 1,4 ат, и если это значение больше, то можно сделать вывод, что данная смесь не годится для дыхания на данной глубине.

Конечно, мы можем также иметь противоположную ситуацию во время погружений на тримиксе, в котором фракция кислорода FO2 = 0,04, после вставки значений в формулу, мы получаем:

PPO2 = (30/10 + 1) * 0,04 = 4×0,04 = 0, 16 ат Такой смесью нельзя дышать, нужно или изменить состав смеси или глубину, на которой мы дышим на этой смеси.

Кроме того есть соответствующие таблицы, например: таблица парциальных давлений кислорода. Использование таблиц полезно, оно освобождает нас от вычислений и уменьшает количество ошибок.