Gassen en vloeistoffen

Presentatie over: "Gassen en vloeistoffen"— Transcript van de presentatie:

1 Gassen en vloeistoffen
Fysica Hoofdstuk 2 Gassen en vloeistoffen

2 Fysische wetten: gassen
De Wet van Dalton

3 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

4 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

5 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”:

6 Fysische wetten: gassen
De Wet van Boyle - Mariotte

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

8 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

9 Fysische wetten: gassen : de Wet van Boyle-Mariotte

10 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

11 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)!

12 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

13 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

14 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

15 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.

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

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

18 Fysische wetten: vloeistoffen
De Wet van Archimedes

19 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

20 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

21 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

22 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 = kg/m³ dichtheid van zout water = kg/m³ => extra lood in zout water (meestal 2 à 3 kg)

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

24 Fysische wetten: gassen en vloeistoffen
De Wet van Henry

25 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

26 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

27 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

28 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 = + -

29 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.

30 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.

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