Fizyka nurkowania

Prawo Daltona (prawo ciśnień parcjalnych)

Umiejętność wyliczania ciśnienia parcjalnego danego gazu jest niezwykle ważna, bo to ciśnienie parcjalne decyduje o oddziaływaniu danego gazu na naszą fizjologię czyli zachowaniu się naszego organizmu pod wodą. Tematy związane z ciśnieniem parcjalnym powinny być znane wszystkim płetwonurkom a w szczególności nurką którzy stosują mieszanki oddechowe inne niż powietrze (nitrox, trimix), 

Prawo ciśnień parcjalnych

Ciśnienie mieszaniny gazów równa się sumie ciśnień, jakie wywierałyby poszczególne składniki gazu gdyby były same w danej objętości (ciśnienie jakie wywierałby gaz gdyby znajdował się sam w zbiorniku).

Ciśnienie całkowite mieszaniny gazowej jest równe sumie ciśnień parcjalnych wszystkich składników. 

Ptot = PP1 + PP2 + ... + PPn  [at]   (1)

gdzie:

Ptot - ciśnienie całkowite (absolutne) mieszaniny gazów
PP1 - ciśnienie parcjalne gazu 1 (Partial preasure)
PP2 - ciśnienie parcjalne gazu 2
PPn - ciśnienie parcjalne gazu n-tego

Każdemu składnikowi mieszaniny możemy przypisać tzw. ciśnienie parcjalne PP, będące iloczynem ciśnienia całkowitego Ptot i jego procentowej zawartości objętościowej  czyli frakcji F (wyrażonej w setnych częściach z całości).

PP = Ptot * F    [at]     (2)

Przykładowo procentowa zawartość (frakcja) tlenu O2 w powietrzu atmosferycznym  (czyli dla ciśnienia 1at) wynosi 21%, po zamianie na setne będzie to F=0,21 czyli otrzymamy:

PPO2 = 1at * 0,21 = 0,21at

Dla azotu N2 znajdującego się w powietrzu atmosferycznym (79%) będzie to:

PPN2 = 1at * 0,79 = 0,79at

Jeżeli chcemy obliczyć ciśnienie parcjalne danego gazu na dowolnej głębokości we wzorze (2) musimy uwzględnić zwiększenie ciśnienia całkowitego (absolutnego). Ciśnienie całkowite jest równe ciśnieniu atmosferycznemu i hydrostatycznemu i można je obliczyć z wzoru:

Ptot = D/10 + 1  [at]   (3)

gdzie: D - głębokość wyrażona w metrach [m]

połączenie wzoru (2) i (3) da nam:

PP = (D/10 + 1) * F    [at] 

Przykładowo ciśnienie parcjalne na głębokości 30m dla tlenu o frakcji FO2=0,21 wyniesie

PPO2 = (30/10+1) * 0,21 = 4 * 0,21 = 0,84at

jeżeli jednak nurkowanie będzie na nitroksie o frakcji tlenu FO2=0,36 to otrzymamy ciśnienie parcjalne tleny:

PPO2 = (30/10+1) * 0,36 = 4 * 0,36 = 1,44at

W nurkowaniu amatorskim w trakcie zanurzania nie wolno przekraczać ciśnienia parcjalnego tlenu 1,4at  stąd wniosek, że nie jest to już właściwa mieszanka dla tej głębokości.

Oczywiście możemy mieć również przypadek odwrotny w czasie nurkowania na trimiksie w którym frakcja tlenu FO2=0,04, po wstawieniu wartości do wzoru otrzymamy:

PPO2 = (30/10+1) * 0,04 = 4 * 0,04 = 0,16at

Taką mieszanką nie da się oddychać i albo należy zmienić skład mieszanki albo głębokość na której zakończymy na tej mieszance oddychać.

Są również, odpowiednie tabele, np. tabela ciśnień parcjalnych tlenu. Stosowanie tabel jest wygodne, zwalnia nas z obliczeń, dzięki czemu redukuje ilość pomyłek.

- tabela  ciśnień parcjalnych tleny

W identyczny sposób można policzyć ciśnienia parcjalne dla pozostałych gazów: azotu i helu.

Korzystając z powyższego wzoru możemy obliczyć:

• ciśnienie parcjalne tlenu i azotu w powietrzu atmosferycznym (zadanie 10A)
• maksymalną głębokość nurkowania na powietrzu (zadanie 11A)
• maksymalną głębokość nurkowania na czystym tlenie (zadanie 12A)
• jak wyliczyć maksymalną głębokość nurkowania dla nitroksu (zadanie 13A)
• wyliczenie głębokości równoważnej dla nasycenie azotem dla nitroksu (w stosunku do powietrza) (zadanie 14A)