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氣體在液體中的溶解 一種“T體與一種液體相接觸,氣體分子便街助自身的運動而進入到液體內。這就是氣體在液體中的溶 解。 某些乞體比其它氣體容易浴解在同一種液中,同一種么體在不同的液體中溶解的數量不相同, 在一定的過度下,0.IMPa一種氣體,溶解于1老開共液體中的花升數,稱為該氣體在這種液體內的溶 解系數。 溶解系數大,表明氣體在液體中的溶解量多,反之則少。 響氣體在液體中的溶解量的因素很多。主要的因素有:(1)氣體本身的特性:(2)液體的特性:(3) 氣體和液體的溫度:(4)氣體的分壓, 由于溫度越高,分子的運動速度越大,故溫度越高,氣體越難浴解于液體。因浩水員總是在高壓條件 下工作,下面我們者重討論氣體在液體中的溶解量與氣體分壓間的關系。 實驗證明:在一定溫度下,氣體在液體中的溶解量與這種氣體的分壓成正比。我們把這個結論叫孿利 定律。 按照字利定律,如果氣體的分壓為 0.IMPa 時在菜種液體中溶解量為一個單位氣體,那么在 0.2MPa時 將溶解二個單位的氣體 當一種不含氣體的液體首次暴露于氣體中時,這種氣體的分子在分壓的作用下,會迅速進入液體中 當氣體進入液體后,增加了氣體的張力 《即氣體在液體中的分壓)。液體內氣體張力與液體外這種氣體分 壓之間的差值,叫做壓差梯度。壓差梯度大,氣體溶解在液體中的速度就快。 隨者時間的推移,溶解在液 體內氣體分子數量不斷增加, 氣體的張力隨之增加,與此同時,液體外的氣體因都份溶解在液體內,它的 分壓降低,溶解在液體中的氣體又有一些分子從液體中選出,增加氣體的分壓。這樣,氣體分 子不斷溶解 和逸出,當壓差梯度為委時,逸出和溶解的氣體分子數量相等,液體中溶解的氣體分子數量保特恒定,我 們稱之為液體被氣體飽和了。 氣體的溶解度(即液體被氣體飽和時,單位體積液體內溶解的氣體質量)除與氣體的分壓有關外,還 與溫度有關,溫度越高,溶解度越小,反之溫度越低,溶解度越大。 氣體在液體中的溶解規律,對保隊港水員作業具有重要的指導意義。 潛水員吸入的泥合氣中各種 氣體,梅按照各自的分壓成比例地溶于體內。由于不同氣體的溶解度不同,因此菜種氣體的溶解量與潛水 員在高壓下呼吸這種氣體的時間有關,如果時間較長,這種氣體將會在港水員體內達到飽和,當然這種飽 和過程較慢。不同的氣體在體內達到飽和需 8~-24h。 只髮潛水員所處環境的壓強不變,已溶解在體內的各種氣體的量就會保特原有的溶解狀態。 當潛水員 從水下上升出水時。隨者水深交法,靜水壓強越來越小,海解在港水員體內的混合氣的總壓也越來越小, 各種氣體的分壓辦隨之減少,溶解在潛水員體內的各種氣體因分壓誠少,不斷地逸出體外。如果按照誠壓 裝控制上升速度,那么己溶解在體內的氣體格會故顧利輸送到肺部并呼出體外。如果對上升遠度和幅度控制不當,壓力的降低超出了身體所能調節的速度,則會形成氣泡并積聚在小血管內,引發減壓病。
潛水員的穩性 潛水員在水下作業時,需要采取各種不間的體位(比如:站立、半屈位、跑姿等),不論采取何種體 位,都要求潛水員保特身體處于穩定的平衡狀態。 (一)重心和浮心的概念 所調潛水員的重心,是指潛水員自身的重力和潛水裝具的重力共同作用形成的合力的作用點。 對于浩 水員米說,重心一般在腰帶部位。 潛水員的浮心,是指潛水員 《含裝具)在水中所受到的浮力的作用點。對于重潛水員來說,浮心一般 在乳頭的高度上。直立體位時,重心和浮心的垂直距離約為 200 毫米,這個距高也叫穩性高度。 (二)潛水員在水下的穩性 潛水員在水下保持身體平衡的能力,稱做潛水員的穩性。它取決于重心和浮心的相對位置以及潛水員 本身的平衡感。 港水員的平街分為穩定 平街,不穩定平街和中性平街三種情況。穩定平衡的基本條件是保特浮心在上, 玉心在下,并且在同一條鉛垂線上。 但潛水員在水下作業過程中,需經常交換體位,因此,也就不可能水 遠保持在一種平街狀態。由于不斷交換動作,潛水員的重心和浮心隨之不斷發生位移,因而原有的平衡不 斷被打破,而產生新的平衡。造成重心和浮心位移的原因很多,主要為身體長度的改變、重量的增減,潛 水服內空氣墊的位移等。灣水員在水下應保持穩定平衡。 潛水員水下不穩定平街的條件是:重心在浮心的上方,或浮心與重心不在同一條鉛重線上。造成潛水 員不穩定平街的原因主要有:()壓鉛位置掛得過高,潛水員進入水后,重心位置在浮心之上,潛水員感到 頭重腳輕,極易傾倒,當潛水員兩只潛水鞋都脫落時,亦會產生同樣現象:(2)一側壓鉛脫落或者一只潛水 鞋脫落,會造成浮心與重心不在同一鉛垂線上,重力和浮力形成的傾愛力矩使潛水員倒轉放漂。潛水員應 避免不穩定平街。 中性平衡系指潛水員在水下浮力和重力相等,且浮心與重心重合的情況,此時,潛水員可懸浮于任何 位置,并可繞重心與浮心的重合點作任意轉動,這將不利于潛水員水下工作的正常進行。 (三)潛水員重心和浮心交化規律 潛水員穩性取決于重心和浮心的相對位置。為了更好掌握水下穩性,我們有必要對重心和浮心的變化 規律進行分析和概括。 !重心的變化規律 在潛水運動中,一般認為在正確者裝基礎上,不施力于物體,潛水員的重心位移很小。在直立的靜態 狀態下,重心不變,而徒手運動時,雖因體位的變化造成重心的位移,但這種位移仍然是小范圍的。由于 重心在小范圍發生偏離,潛水員可輕易控制穩性,保持平衡。 重心的變化只有在潛水裝具各部分配重不當,著裝時佩掛物的位置偏差,運動時發生壓鉛、潛水鞋脫 落,搬運重物時用力不當時才會出現較大幅度的位移。如果重心位移后仍在浮心的下方,則仍屬穩定平省 范圍。如果重心位移后處于浮心上方,則為不穩定平衡。這時如果潛水員有準備,可以迅速將重心和浮 調整在同一鉛垂線上,仍可保持一個暫時的平衡當然這是不易掌握的, 一旦重心和浮心偏離同一條鉛垂鄉 時,傾覆力矩將使潛水員失去平衡,這是很危險的。 2. 浮心的變化規律 浮心的變化是隨時隨地發生的。這里因為潛水員在水下作業時,空氣墊浮力的大小和位置隨時都在了 化。我們知道,空氣墊浮力的大小是通過改變排水體積來實現的,而空氣墊體積和位置是隨時變化的, 種變化往往是不對稱的,這就使得浮心隨空氣墊的變化而產生位移。浮心總是向排水體積相對增大的方F 移動的。由于浮心的隨時變化,從而隨時改變著重心和浮心的相對位置關系,影響穩性。 對于重潛水員幾種常規移動與浮心變化關系可概括為: (1空氣墊增大時,浮心下移,反之上移: (2)后仰時空氣墊前移,浮心亦前移; (3)前俯時空氣墊后移,浮心亦后移; (4)左側身時空氣墊向右移,浮心亦右移; (5)右側身時空氣墊向左移,浮心亦左移。
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水的浮力和潛水員的穩性、水的浮力 (一)浮力的概念 把一塊木板放入水中,它會浮在水面,用彈餐秤稱一個浸在水里的物體,其重量比在空氣中稱的重量 輕。這些事實說明浸在液體中的物體會受到一個向上的力。這種方向向上的托力,稱為液體的浮力。 浮力是怎樣產生的呢? 我們將一個正方體放入盛水的容器中,見圖21設A、 B兩 面平行于水面。A 面到水面的深度為h。B 面到水面的深度為 ho。 從中可以看出側面 C和D,E和F處于同一深度,故彼此受到 的靜水壓力大小相等,方向相反,互相抵消。但A 面和B面則不 C B 同,根據 2-1 式可知,B面壓強大于 A面壓強。即: Pgh2> pgh, E 設A、B面的面積分別為 s,顯然B面的壓力一定大于 A面 式中:D一物體受到的浮力,N 8一重力加速度,N/kg p一液體的密度,kg/m3 V一物體排開液體的體積, m 對于純水,如果口的單位用KN,g取9.8Nkg,則2-3式可簡化為 D=9.8V(kN) (2-4) (三)物體的沉浮 一塊鋼板放入水中會沉到水底,但是用鋼板制造的船卻可漂浮在水面。為什么會有這種現象呢,原來, 沒在水中的物體除受到向下的重力 W外,還受到向上的浮力 D,見圖2-2。物體的沉浮是由D和 W共同 作用的結果。 當 W=D時,合力DW=0,此時物體可以在液體內部任何位置平衡。我 們把物體的這種狀態叫懸浮狀態(也叫中性狀態)。 當 D>W 時,合力 D-W>0,方向向上,物體會溧浮在水面,我們把物體 D 的這種狀態叫漂浮狀態(也叫正浮力狀態)。 當 D-W 時,合力 W-D>0,方向向下,物體會沉到水底,我們把物體的 這種狀態叫下沉狀態(也叫負浮力狀態)。 W 顯然,在水中的物體只能處于這三種狀態中的一種。我們調節D和W 的大小。可以改變物體的沉浮狀態(簡稱為浮態)。 圖 2-2 水中物體受力圖 對物體的浮態進一步分析,實際上決定物體匯浮的因素是物體和液體各自的平均密度。當物體的平均 密度等于液體的密度時,星懸浮狀態,當物體的平均密度小于液體的密度時,呈漂浮狀態:反之,星下沉狀態。 例22 欲把一個邊長為 15cm 的正方體鋼塊(密度 p=7.8kg /cm’>從水底打撈出水,至少需多大的力? 解:鋼塊在水中分別受到向上的浮力 D 和向下的重力 w,打撈所需的力是它們間的合力。 D=9.8V=9.8x0.15°=0.033(kN) =33 (N) W=gpV=9.8x78×0.15°=0.258(kN)=258(N) W-D=258-33=225(N) ?至少需 225N 的力才能將鐵塊打撈出水面。 (四)潛水員的沉浮原理 潛水員在水中的沉浮和一般物體在水中單純的沉浮有所不同。一般物體在水中的浮態完全取決于物體 所受到的浮力和自重的差值,這個差值是固定不變的,故只能處于三種浮態中的一種。 一般物體的沉浮可 以稱做重力沉浮。潛水員和魚類在水中的沉浮相類似。 我們知道魚類在水中的沉浮,一方面通過腹內的鰾, 改變自身的排水體積,從而改變浮力和自重的差值,達到沉浮目的,這屬于重力沅浮。另一方面,運用尾 和鰭的推力達到潛游和浮游的目的,這種沉浮稱做動力沉浮。 潛水員在水中的匯浮,一種是重力沉浮,一種是動力沉浮。重潛水屬于重力沅浮,重潛水運用了壓重 物(如壓鉛),結合調節潛水服內的空氣墊,使重力和浮力的差值可以在較大范國內任意調整,達到沉浮 目的。
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