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Festigung des Wissens für CMAS *** ---  Physik


Problem: Sauerstoffpartialdruck beim Tieftauchen
Ab einem Sauerstoffpartialdruck von 1,6 bar, kann es zu kritischen Auswirkungen kommen. Dies entspricht einer Tiefe von ca. 66m.
Beweis der Tiefe:
Der Anteil des Sauerstoffs in der Atemluft beträgt 21 % (f = 0,21).
pO2 = pGes* f
pGes = pO2 / f = 1,6 bar / 0,21 = 7,6 bar ==> 66m
Bei 66 Meter Tiefe wird der kritische O2- Partialdruck erreicht. 


Betrachtung: In der Theorie geht man oft von idealen Gasen aus. In der Praxis muss man die Auswirkungen, dass das nicht so ist, berücksichtigen.

Beispiel 1:
Verwendet man eine 300 bar Flasche, ist eine geringere Gasmenge enthalten, als das Finimeter anzeigt, weil theoretisch (bei einem idealen Gas) die Gasteilchen kein Eigenvolumen haben, was praktisch (bei einem realen Gas) nicht so ist.
Begründung :
Für reale Gase gilt das Gasgesetz: (p+k1)*(V-k2) = konst.
k1 und k2 entsprechen Korrekturfaktoren
(k1 = Anziehungskräfte zwischen Gasteilchen, k2 = Eigenvolumen der Gasteilchen).
Bei hohen Drücken trägt das Eigenvolumen der Gasteilchen zur Entstehung des Drucks bei. Es sind also weniger Gasteilchen in der Flasche als durch das Finimeter theoretisch angezeigt wird. Die Korrekturfaktoren für 300 bar und 200 bar sind k300bar = 0,91 und k200bar = 0,99.
In einem 300bar/10l PTG sind nur ca. 2700 barl Luft enthalten. 

Beispiel 2:
Beim Befüllen von Gasflaschen wird bei idealen Gasen vernachlässigt, dass sich diese erwärmen.

Beispiel 3:
Beim Entleeren von Gasflaschen wird bei idealen Gasen vernachlässigt, dass sich diese stark abkühlen. Ein Vereisen wird somit schon bei Umgebungstemperaturen von über 0 Grad möglich.
Begründung :
Joule-Thompson-Effekt: Gasmoleküle realer Gase üben schwache Anziehungskräfte aufeinander aus. Die erste Stufe eines Atemreglers kann sich durch diesen Effekt um ca. 40° Celsius abkühlen. 


Problem: Du musst dein 12 l PTG mit einem Restdruck von 50 bar durch Überströmen befüllen.
Es stehen zwei 15 l Überströmflaschen mit je 200 bar und mit 120 bar zur Verfügung.
Temperaturänderungen werden vernachlässigt.

Lösung: Nach Boyle-Mariotte gilt:
p1 x V1 + p2 x V2 = p3 x V3

Beginne mit dem Vorratsbehälter niedrigstem Druckes!
50 bar x 12 l + 120 bar x 15 l = x bar * 27 l
X = (50 bar x 12 l + 120 bar x 15 l ) / 27 l =88,888 bar 
Beim zweiten Überströmen:
88
bar x 12 l + 200 bar x 15 l = x bar x 27 l
X = (88 bar x 12 l + 200 bar x 15 l ) / 27 l = 150,222 bar
Der Enddruck im 12l PTG beträgt ca. 150 bar.


Problem:  Beim Befüllen des PTG hat es sich auf ca. 40 Grad erwärmt.Es wird ein Druck von 230 bar angezeigt. Hat nun die Erwärmung einen Einfluss auf den Tauchgang und was für ein Druck wird bei einer Wassertemperatur von 10 Grad  angezeigt?
Lösung :Gesetz von Gay- Lussac.
Bei abgeschlossener Luftmenge steht der Druck des Gases im umgekehrten Verhältnis zur Temperatur des Gases:
p1 / T1 = p2 / T2
Die zur Verfügung stehende Luftmenge ist im wesentlichen unabhängig von der Wassertemperatur, da das eingeatmete Gas in den Atemwegen stets auf Körperkerntemperatur erwärmt wird (ca. 37°C). 
Berechnung:
p1 =  (p
2 * T1) /  T2 = (230 bar * (10 + 273)K ) / (40+273) K = 207,95 bar
In 10 Grad kaltem Wasser würde ein Druck von ca. 207 bar angezeigt werden.


Gesetz von Henry  --- Sättigungszustand eines Gases in einer Flüssigkeit
beeinflusst wird dies durch folgende Faktoren:

  1. Zeit: Je länger das Gewebe dem erhöhten Druck ausgesetzt ist, desto größer ist die Aufsättigung.
  2. Druck: Je höher der Druck des Gases über der Flüssigkeit (also die Tauchtiefe), desto größer die Aufsättigung.
  3. Temperatur: Je wärmer ein Gewebe, desto weniger Gas wird in ihm gelöst.
  4. Gasart: Die Menge des gelösten Gases ist abhängig von der Gasart.
  5. Oberfläche: Je größer die Oberfläche der Flüssigkeit, desto schneller die Aufsättigung.
    Die Größe der Fläche, über die das Gas in die Flüssigkeit diffundiert, entspricht der Blutversorgung der Gewebe!!
  6. Gewebeart/Flüssigkeit: Die Flüssigkeit, in die das Gas sich löst, entspricht den verschiedenen Gewebsbereichen (Kompartimenten) in unserem Körper. Man unterscheidet dabei schnelle und langsame Gewebe.

Kompartimente

Blut

Gehirn

Rückenmark

Haut

Muskeln

Gelenke

Halbwertzeit (min)

2,5

5,0

10,0

40,0

120,0

480,0


img1.gif
Die Halbwertzeit  ist die Zeit, die benötigt wird, um die Hälfte der Sättigung (Entsättigung) im Gewebe zu erreichen. 

 


 
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