Gassen en vloeistoffen Fysica Hoofdstuk 2 Gassen en vloeistoffen

Fysische wetten: gassen De Wet van Dalton

Fysische wetten: gassen: de wet van Dalton Lucht is een mengsel van gassen: 80% stikstof (N2) en 20% zuurstof (O2) De totale luchtdruk is gelijk aan de som van de afzonderlijke gas-drukken

Fysische wetten: gassen : de wet van Dalton Als twee of meer gassen, die met elkaar geen scheikundige reactie aangaan, zich in eenzelfde ruimte bevinden, dan is bij constante temperatuur de druk van het mengsel gelijk aan de som van de drukken die elk gas afzonderlijk zou hebben als het alleen in die ruimte was. De druk die elk gas afzonderlijk zou innemen in deze ruimte noemen we de partiële druk (pp) Toepassingen: decompressiemodellen, mengselduik, vergiftiging

Fysische wetten: gassen : de wet van Dalton Partiële druk [bar] = Totale druk [bar] * fractie gas [%] Partiële druk [bar] Totale druk [bar] Fractie gas [%] Geheugensteuntje: “T van Dalton”:

Fysische wetten: gassen De Wet van Boyle - Mariotte

Fysische wetten: gassen: de Wet van Boyle-Mariotte Een luchtvolume dat ondergedompeld wordt, verkleint in dezelfde verhouding als de toename van de druk.

Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte Bij constante temperatuur is het volume van een bepaalde hoeveelheid gas omgekeerd evenredig met de druk Druk [bar] x Volume [liter] = Constante [barliter, joule] p x V = Cte Toepassingen: longoverdruk, luchtverbruik, luchtcompressor

Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte

Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte Opmerking: Een gevulde fles weegt meer dan een lege ! => gassen hebben een bepaalde dichtheid Bij atmosferische druk en 0°C bedraagt de massa van 1 m³ lucht 1,29 kg Dichtheid (ρ) van lucht = 1,29 kg/m3 = 1,29 g/l

Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte Toepassing: longoverdruk Als de lucht niet uit onze long kan ontsnappen (spasme/gesperde luchtweg/…) zullen onze longen eerst uitzetten tot een maximum. Verder uitzetten leidt tot longoverdruk! De drukveranderingen zijn (relatief) het grootst bij kleinere dieptes => de volumeveranderingen zijn daar ook het grootst. Dit kan reeds optreden vanaf 1,5 m diepte (zwembad)!

Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte Toepassing: luchtverbruik Beschikbare lucht: afhankelijk van inhoud en druk duikfles Persoonlijk verbruik: afhankelijk van ervaring, geslacht, conditie, stress Verbruik op diepte: evenredig met de diepte (Wet van Boyle-Mariotte) Nodige lucht: afhankelijk van persoonlijk verbruik, tijd en diepte, inspanning en veiligheidsmarge

Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte Toepassing: luchtverbruik Indien je je persoonlijk verbruik niet kent neem dan als richtwaarde 20 l/min voor een standaard, niet inspannende duik We rekenen steeds met een reserve van 50 bar. Dit is niet de gekende duikreserve! Onze berekening heeft tot doel om met 50 bar de oppervlakte te bereiken. Tijdens de afdaling en de bodemtijd rekenen we met de druk op de maximale diepte Tijdens het stijgen (10 m/min) rekenen we met de druk op de maximale diepte Voor elke decompressietrap rekenen we met de traptijd en de druk op de trapdiepte

Fysische wetten: gassen : GOV Persoonlijk luchtverbruik Elke persoon heeft zijn persoonlijk luchtverbruik, dat we ook het Gemiddelde OppervlakteVerbruik (GOV) noemen GOV = Luchtverbruik [liter] per minuut aan de oppervlakte Het GOV kan variëren van 10 l/min tot méér dan 30 l/min Bepaling: via duikcomputer of via specifieke duik Luchtverbruik op diepte = GOV x absolute druk

Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte Toepassing: Je duikt met een dubbelset 10 l op 200 bar en zou graag de hier voorgestelde duik uitvoeren. Ga uit van een verbruik van 20 l/min. Is dit mogelijk? Stel dat je persoonlijk luchtverbruik (GOV) 14 l/min bedraagt.

Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte Toepassing: resultaat voor 20 l/min: Beschikbare lucht : 20 l x 200 bar: 4.000 barliter Rekenreserve : 50 bar x 20 l : -1.000 barliter Effectief beschikbare lucht: 3.000 barliter Dalen & bodem: pabs = 5,5 bar Verbruik : 5,5 bar x 20 l/min x 20 min: -2.200 barliter Stijgen: pabs = 5,5 bar Verbruik : 5,5 bar x 20 l/min x 4,5 min: - 495 barliter Trap1: pabs = 1,6 bar Verbruik : 1,6 bar x 20 l/min x 2 min: - 64 barliter Trap2: pabs = 1,3 bar Verbruik : 1,3 bar x 20 l/min x 7 min: -182 barliter Totaal verbruik: -2.941 barliter => Deze duik kan nipt uitgevoerd worden restdruk in de fles : (4.000 – 2.941) barliter / 20 liter = 52,3 bar

Fysische wetten: gassen: samenvatting Wet van Dalton Definitie Toepassingen Begrip partiële druk T van Dalton Wet van Boyle-Mariotte Barliter Luchtverbruik: rekenregels en GOV

Fysische wetten: vloeistoffen De Wet van Archimedes

Fysische wetten: vloeistoffen : de Wet van Archimedes Proef: een voorwerp dat wordt ondergedompeld in water wordt schijnbaar lichter Dit verschil tussen het werkelijke gewicht en het schijnbaar gewicht noemen we de opwaartse stuwkracht

Fysische wetten: vloeistoffen : de Wet van Archimedes Een lichaam, ondergedompeld in een vloeistof, ondergaat een opwaartse stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof. Toepassingen: Uittrimmen met jacket Gebruik van de loodgordel Noodstijging met het reddingsvest

Fysische wetten: vloeistoffen : de Wet van Archimedes We kunnen volgende toestanden onderscheiden: Zinken Werkelijk gewicht > opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is positief) Stijgen Werkelijk gewicht < opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is negatief) Zweven Werkelijk gewicht = opwaartse kracht (schijnbaar gewicht is nul) Drijven Zweven aan de oppervlakte Gewicht ondergedompelde deel = opwaartse kracht

Fysische wetten: vloeistoffen : dichtheid “.. een opwaartse stuwkracht gelijk aan het gewicht van de verplaatste vloeistof ” => verschillende vloeistoffen hebben een verschillende massa en dus gewicht ! Dichtheid ρ = massa gedeeld door volume (kg/m3) water: verschil naargelang zoutgehalte dichtheid van zoet water = 1.000 kg/m³ dichtheid van zout water = 1.025 kg/m³ => extra lood in zout water (meestal 2 à 3 kg)

Fysische wetten: vloeistoffen: samenvatting Wet van Archimedes Definitie Toepassingen Zinken – Zweven - Drijven Dichtheid Zoet water versus zout water

Fysische wetten: gassen en vloeistoffen De Wet van Henry

Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: Wet van Henry Proef: in vloeistoffen kunnen niet alleen vaste stoffen (zoals suiker in water), maar ook gassen opgelost worden (zoals CO2 in spuitwater). De hoeveelheid gas die in een vloeistof zal oplossen, wordt bepaald door de Wet van Henry Coolshots.be

Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: Wet van Henry De Wet van Henry Bij constante temperatuur en bij verzadiging is de hoeveelheid opgelost gas in een vloeistof evenredig met de druk van dat gas in contact met die vloeistof. Toepassingen: Decompressieongeval Decompressiemodellen

Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: Wet van Henry Het oplossen/ontgassen is onderhevig aan de volgende invloedsfactoren : T : Temperatuur A : Aard van het gas A : Aard van de vloeistof R : Raakoppervlak T : Tijd

Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: Wet van Henry Verzadiging Er is evenwicht tussen het opgeloste gas en het vrije gas. p = pog Onderverzadiging Als de uitwendige druk stijgt gaat de vloeistof gas oplossen naar een nieuwe evenwichtstoestand. p > pog Oververzadiging De druk van het vrije gas vermindert. Het opgeloste gas gaat uit de vloeistof treden om een nieuwe evenwichtstoestand te bereiken. p < pog p og = + -

Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: Wet van Henry Link met de duiksport: Tijdens het duiken ademen we lucht. De zuurstof verbruiken we (stofwisseling). Het is het oplossen van stikstof dat ons aanbelangt. Ons organisme bestaat uit ca. 70% vloeistoffen die stikstof kunnen oplossen. Tijdens het duiken verhoogt de partiële druk van stikstof en zullen onze weefsels verzadigen naar een nieuwe evenwichtstoestand. Tijdens het stijgen moeten we zo stijgen dat het ontgassen (partiële druk van stikstof daalt) gecontroleerd gebeurt en geen belvorming optreedt.

Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: Wet van Henry Link met de duiksport: Ons lichaam wordt voorgesteld als een verzameling van weefsels (vloeistoffen) met verschillende perioden.

Fysische wetten: gassen en vloeistoffen: samenvatting Wet van Henry Definitie Toepassingen Factoren Toestanden