ILoveDiving.ru

Воздух и его свойства

Организм человека приспособлен к существованию в воздушной среде, имеющей достаточное количество кислорода. Длительное пребывание человека под водой, которая по физическим свойствам значительно отличается от воздуха, невозможно без специальной аппаратуры, обеспечивающей дыхание человека сжатым воздухом или газообразным кислородом в нужном количестве и под определенным давлением. При плавании на воде и под водой человек находится под воздействием воды и воздуха, поэтому необходимо четкое знание физических свойств этих сред, знание особенностей влияния их на организм человека. Знание законов воды и воздуха, представление о физиологии человека в условиях пребывания его на воде и под водой позволяют правильно решить многие вопросы, связанные с безопасной эксплуатацией подводного снаряжения и оборудования, его конструированием и изготовлением, помогут избежать опасностей на воде и под водой, позволят быстро и умело действовать в сложных аварийных случаях, возможных при подводном плавании и погружениях.

Атмосферный воздух является механической смесью нескольких газов, процентное содержание которых различно (табл. 1). Большую часть смеси по объему занимают азот (78,09%) и кислород (20,95%’). В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество водяных паров. Нормальным считается воздух с содержанием этих паров не более 0,5—1,0%. Кроме того, в воздухе всегда имеется пыль. В чистом воздухе содержится от 0,2 до 25 мг пыли на 1 ж3; в запыленном воздухе содержание пыли может превышать 200 мг/м3. Воздух может быть загрязнен также окисью углерода (СО) —угарным газом. Содержание в воздухе даже 0,05% СО очень вредно для человеческого организма.

Давление воздуха. Вся масса воздуха, окружающая земной шар и составляющая атмосферу, оказывает своим весом на поверхность земли определенное давление, которое называется атмосферным давлением. Атмосферное давление измеряется барометрами и поэтому часто называется барометрическим давлением.

Таблица 1

Атмосферное (барометрическое) давление, равное 1 атм, называется нормальным (рис. 2).

Сумма избыточного и атмосферного давления называется абсолютным давлением (иначе, давление, измеряемое от нуля —полного вакуума). Избыточное и абсолютное давление измеряется в технических атмосферах (ат) и обозначается соответственно ати (атмосфера техническая избыточная) и ата (атмосфера техническая абсолютная).

Рис. 2. Давление воздуха и воды.

Парциальное давление газов. Поскольку воздух представляет собой смесь различных газов, то каждый газ обладает своим частичным (собственным), или, как называют, парциальным давлением (лат. pars — «часть»).

Рис. 3. Парциальное давление газов.

Газовые законы.

Состояние воздуха (смеси газов или отдельного газа) определяется его массой (количеством), объемом, давлением и температурой. С изменением этих величин меняется и состояние воздуха. Техника подводного спорта предусматривает использование для дыхания сжатого воздуха, поэтому знание основных физических законов, которым подчиняется воздух (как и все газы), является обязательным.

Характеристика газов, входящих в состав воздуха. Влияние их на организм человека. Кислород из всех газов, составляющих воздух, является основным газом, принимающим участие в окислительном процессе, происходящем в живом организме. В процессе дыхания кислород соединяется с гемоглобином крови и разносится ко всем тканям и клеткам организма. Нормальным считается содержание кислорода в воздухе 20—21% при нормальном давлении. Жизнь человека невозможна без кислорода, поэтому внезапный перерыв в снаб« жении организма кислородом или даже уменьшение поступления кислорода к тканям (в первую очередь к мозгу) вызывает кислородное голодание. Такое заболевание может уже наступить, если содержание кислорода во вдыхаемом воздухе будет меньше 16% при нормальном давлении (это соответствует парциальному давлению кислорода 121,6 мм рт. ст., или приблизительно 0,165 ата).

При парциальном давлении, равном 2,8 ата (2128 мм рт. ст.), кислород вызывает заболевание, называемое кислородным отравлением. При погружениях в кислородных аппаратах, где дыхательная смесь содержит не менее 85% чистого кислорода, эта величина парциального давления кислорода (2,8 ата) наступает уже на глубине около 20 м. Поэтому погружения на глубины свыше 20 м в аппаратах, где для дыхания используется чистый кислород, не допускаются во избежание кислородного отравления. В аппаратах, работающих на сжатом воздухе, кислородное отравление может возникнуть лишь на больших глубинах (130—140 м). На глубине 40 м парциальное давление кислорода в сжатом воздухе составляет около 1 ата. Дышать кислородом с таким парциальным давлением совершенно безопасно. Медицинский кислород, используемый для дыхания, должен отвечать требованиям ГОСТ 5583-50.

Углекислый газ (СОг) является конечным продуктом окислительных процессов. Этот газ бесцветный, обладает слегка кисловатым вкусом и запахом. В организме человека всегда имеется определенное количество углекислого газа, избыток которого удаляется во время выдоха. При парциальном давлении 0,03 ата углекислый газ начинает действовать на организм отравляюще. Это парциальное давление соответствует содержанию 3% углекислого газа в воздухе при нормальном (атмосферном) давлении. Если в воздухе при нормальном давлении содержится 10% углекислого газа и более, то человек теряет сознание. При давлении воздуха 5 ата (при погружении на глубину 40 м) углекислый газ будет иметь парциальное давление 0,03 ата уже при содержании его в атмосферном воздухе 0,6%. Поэтому необходимо следить за чистотой атмосферного воздуха, которым заряжаются баллоны дыхательных аппаратов.

Азот составляет большую часть земной атмосферы (около 78,09%) и в обычных условиях является физиологически безразличным, нейтральным для организма газом, не принимающим участия в обмене веществ. По сравнению с другими газами, входящими в состав воздуха, азот обладает повышенной растворимостью в крови и в тканях человеческого организма. При нормальном давлении в 1 л крови растворено около 9 смъ азота, а в тканях — около 15 смг на 1 кг тканей. С повышением внешнего давления парциальное давление азота увеличивается, и он, проникая в кровь через стенки легочных капилляров, разносится кровью ко всем тканям и органам. Происходит дальнейшее растворение азота в тканях человеческого организма. Степень насыщения организма азотом зависит не только от величины давления, но и от времени, в течение которого организм находился под этим давлением. При кратковременном пребывании под повышенным давлением организм не успевает полностью насытиться азотом; длительное дыхание сжатым воздухом (пребывание на глубине) приводит к значительному насыщению азотом тканей организма. При медленном снижении давления азот, растворенный в крови и тканях, из крови через легочные капилляры будет удаляться из организма с выдыхаемым воздухом. Но если внешнее давление снижается быстро (быстрый подъем с глубины), то азот, растворенный в крови и тканях, начинает выделяться по всему организму, не успевая удаляться через легкие. Образующиеся в тканях и крови газовые пузырьки различных размеров сдавливают окончания чувствительных нервов и закупоривают просветы кровеносных сосудов. Возникающие при этом болезненные явления носят название декомпрессионной, или кессонной, болезни. Отсюда вытекает необходимость строго определенных скорости и режима подъема с глубин, при соблюдении которых растворенный в крови и тканях азот выделяется через легкие. Эти скорость и режим безопасного подъема с глубин устанавливаются рабочими водолазными таблицами в зависимости от глубины погружения и длительности пребывания на глубине. Азот, используемый для составления дыхательных смесей, должен отвечать требованиям ГОСТ 9293-59.

Гелий — инертный газ, содержание которого в атмосферном воздухе невелико (0,0005%). Гелий более чем в 6 раз легче азота. Так как гелий значительно менее интенсивно растворяется в крови и тканях, то его применяют в смеси с кислородом (гелиево-кислородная смесь) для дыхания при глубоководных погружениях (до 250 м). Технический гелий, применяемый для газовых смесей, должен отвечать требованиям МРТУ 04-23-62.

Аргон — инертный газ; содержание его в воздухе — 0,93%. На организм человека заметного влияния не оказывает.

Неон, криптон, ксенон — инертные газы; содержание их в атмосферном воздухе ничтожно мало (неона, например, 1,8 • 10~3%), поэтому на организм человека заметного влияния они не оказывают.

Окись углерода (СО)—угарный газ, представляет исключительную опасность для организма человека. Содержание в воздухе окиси углерода даже в очень малых концентрациях (0,05%) может вызвать тяжелое отравление. При работе под водой в условиях повышенного давления эта опасность еще более возрастает, так как парциальное давление окиси углерода во вдыхаемом воздухе будет увеличиваться пропорционально глубине погружения. Загрязнение воздуха окисью углерода происходит чаще всего выхлопными газами (содержащими до 2,8% СО) различных двигателей. При зарядке баллонов дыхательных аппаратов непосредственно от компрессоров необходимо обеспечить условия, при которых была бы исключена возможность загрязнения воздуха выхлопными газами. Существующие фильтры окись углерода не задерживают.

Опубликовано:
14.12.09

Категория - Физические основы