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水的物理性質 水的分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的。其分子式為 HO. 純凈的水是一種無色、無味、透明的液體。在4°C時密度 ,為1g/cm’,比空氣的密度大 770倍。 水的沸點是 100°C,冰點是0C。 水與空氣比較是不可壓縮的。但是一定量的水,當加壓至 20MPa時,它的體積會減少 1%。由于水的 壓縮性很小,故可忽略不計。因此,我們通常稱水是不可壓縮的。 一般情況下,非純凈水的密度較純凈水的大。海水的密度約為 1.025 g/cm3。海水含鹽量為 30~35g/L. 水與其它液體一樣,具有易流動性。 這是因為水在壓力作用下,可達到平衡狀態;而在拉力或切力的 作用下,會產生變形。由于水具有流動性,因此它是一種流體。 二、水的壓強 (一)壓強的概念 單位面積上受到的壓力叫做壓強。壓力既可以由物體的重量產生,例如大氣的重量和水的重量可分別 產生大氣的壓力和水的壓力:又可以由物體間的作用力產生,例如空氣壓縮機的活塞對氣紅內空氣的作用 所產生的壓縮力。壓強的基本單位為帕(Pa),因帕的單位很小,故在計算水和氣體的壓強時,常用兆帕(MPa)。 1Pa= N/m? IMPa= 10°Pa 需要注意的是,在 法定計量單位頒布前,潛水界經常使用大氣壓、公斤力/厘米?等作為壓強單位, 現己不允許使用。大氣壓作為壓強的一個概念仍在使用,不過己不再是壓強的法定單位。 在醫學和潛水等 領域,經常把壓強稱作壓力,這個壓力不是物理學概念的壓力,而是特指壓強。 潛水員在水中所承受的壓強包括由水的重量所產生的靜水壓強,以及由水面大氣的重量所產生的大氣 壓強, 水面大氣壓強隨海拔高度 和天氣的變化而變化,但一般情況下,我們認為地球表面的氣壓近似等于 0.1MPa〔一個大氣壓)。對于氣體的壓強, 一般使用壓力表即可測出,當我們把壓力表置于海平面大氣中 時,壓力表的指針指到刻度盤上“0”的位置。這并非說大氣的壓強為零,實際上大氣的壓強是 0.IMPa, 也就是說壓力表所顯示的壓強值不包含大氣壓強。 為了研究方便,我們經常使用 壓強和相對壓強的概 念。 所渭相對壓強 (也叫表壓或附加壓),表示氣體實際承受的壓強與大氣壓之間的壓差。壓力表所顯示 的壓強是相對壓強。 所謂 壓強,表示物體實際承受的壓強,也就是施加的總壓強。 壓強等于相對壓強加上 0.MPa(一個大氣壓)。 在氣體定律的計算,以及研究高壓環境對人體的生理效應時,應使用 壓強。 (二)靜水壓強 由于水的重量而產生的壓力叫做靜水壓力。單位面積上承受的靜水壓力就是靜水壓強。 在中學的物理課程中,我們學習過:液體內部同一點各個方向的壓強都相等,而且深度增加,壓強也 增加。 在同一深度,各點的壓強都相等。若p為某種液體的密度,則深度為h 處的靜水壓強p為: p= gph 式中:p一靜水壓強,Pa 8一重力加速度,Nkg p一液體的密度,kg/cm3 h一水的深度,m 在潛水中,我們經常近似認為江河湖海的水密度都是 1g/cm’。重力加速度取 1ONKkg,靜水壓強以 MPa 為單位,則2-1式可簡化為: p=0.01h 當h=10m 時, p=0.MMPa(相當于一個大氣壓):同理當 h=20m 時,p=0.2MPa(二個大氣壓)? (2-2) 也 就是說當水深每增加 10m 時,靜水壓強即增加 0.1MPa(一個大氣壓)。 例2.1 某潛水員潛入 36m 水深處,問其承受多大的壓強。 解:潛水員在水下受的壓強由靜水壓強和水面上的大氣壓強歪加而成。 p=0.01h=0.01x36=0.36(MPa) Pe=p+O.IMPa=0.36+0.1=0.46(MPa) (三)帕斯卡定律 潛水員工作環境是具有自由液面的水下,在這種具有自由液面的水中,不同深度壓強是不同的。 如果把水或其它液體放入一個沒有自由液面的密閉容器內,并向容器內某點施加一個壓力,情況會怎 樣呢? 實驗證明:在密閉容器內的液體,能把它在一處受到的壓強,大小不變地向液體各部分,各方向傳遞, 這就帕斯卡定律。 水壓機及其它一切液壓機械均是根據帕斯卡定律而工作的。 (四)水流動時壓強與流速的關系 水的壓強除了因自重產生的靜水壓強外,若水是流動的,因水的流動亦會產生壓強的變化。 在穩定流動的水中,截面面積小的地方,流速大,壓強小:截面大的地方,流速小,壓強大。當然 流速和壓強并非成簡單的反比關系。
大氣的概念 地球表面被一層厚達幾千公里的空氣包團者。包國地球的空氣層就叫大氣層。 空氣是無色、無味、透明、易壓縮的氣體。密度為 1.2~1.3g/L. 空氣可溶解于液體,人體中含有大量的水份,空氣會以一定的比例溶解在人體中。 空氣主要由無氣、氧氣、二氧化碳、灰生、水然汽及梅性氣體組成。除氮氣外,情性氣體還包括:氨、 怎、氫、無、飯和氣,它們化學性質相當穩定,在空氣中含量非常稀少。 除此之外,空氣中還含有少量化 學性質活沒的氫和一氧化碳等。空氣中幾種成份含見表 2-2。 潛水中會過到各種氣體,其中主要有氧、氮、氮、然、氛、二氧化氮、一氧化碳和水然汽等八種,它 們以不同的含量存在于空氣之中, 空氣中幾種成份含量及密度 * 2-2 氣體名絡 分子式 終歌面分比(%) 告度 (g/cm) Ne 78 1.25X 10-3 氧 21 1.43x 10-3 二氧化碳 Co, 0.033 1.97 × 10-3 気 He 0.000 S 1.8×10-4 在常規潛水作業時,所使用的氣體,常用的是空氣,空氣是一種天然的潛水混合氣體。在某些潛水 作業時,也可以將空氣中菜些成份的氣體與氧氣泥合,組成特殊的混合氣體。下面介紹潛水中常見的幾 種氣體: (一)氣氣 氧氣在空氣中含量居第二位,但它是空氣中對人類重要的氣體。氧氣在空氣中約占體積 21%。無色、 無噢、無味,化學性質活潑,易與其它元素結合。氧不能燃燒,但能助燃。 我們在呼吸空氣時,人體所必需的其實只有氧氣,它是人類及其它生物款以生存的氣體。 (二)氮氣氮氣是空氣中含量多的氣體,約占空氣體積中 78%。氮氣無色、無嗅、無味。它是所有生命的組成 部分。但它與氧氣不同,不能支持生命,也不能助燃。氮氣化學性質較穩定,在高壓下易溶解于人體。 空 氣中的氮對空氣潛水來說,可視作氧氣的稀釋劑。當然氮氣并非是可用做稀釋氧氣的 氣體。在高壓環 境下,呼吸含有高比例氮氣的混合氣體(比如空氣)時因氮的分壓過高,氮氣會引發氮麻醉,使潛水員的 定向能力和判斷能力減弱。 (三)氦氣 氦氣是無色、無味、無嗅的惰性氣體,不能溶于水。氫氣在空氣中含量極少,在高壓環境下不會對人 體產生氮麻醉。故在潛水中,經常用氫氣和氧氣按一定比例配制成氫氧混合氣,用于深潛水作業。 氦與氮比較,雖有不會發生氮麻醉的優點,但其也有語言失真和散熱性強等缺點。 (四)二氧化碳 當空氣中二氧化碳含量較小時,它是一種無色、無嗅、無味的氣體、但當二氧化碳含量較大時,它具 有酸味和臭味。二氧化碳比較重,常做泡沫滅火器中的滅火劑。 二氧化碳極易溶于水,是機體呼吸和燃燒 的產物。如果通風不良,人體排出的二氧化碳會在潛水員頭盔或加壓艙內積聚,當其濃度過高時,會發生 二氧化碳中毒, (五)水蒸汽 水蒸汽是空氣中所含的水,它以氣態形式出現。水蒸汽在空氣中的含量與溫度和濕度以及氣體壓強等 因素有關。水蒸汽含量過大,會使潛水面窗模糊,寒冷環境下供氣軟管內結冰或身體寒冷。水蒸汽含量過 低,會使呼吸道干燥難受。
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