کاربرد گازهای مختلف در غواصی
اکسیژن مهمترین گازهاست و یکی از فراوانترین عناصر روی زمین است . هوای اتمسفر شامل تقریباً 21% اکسیژن است که بطور آزاد و بصورت دو اتمی موجود می باشد که این دو اتم در موقع تشکیل یک ملکول بهم می چسبند .
این کاز بیرنگ ، بی بو، بی طعم و فعال بوده و به آسانی با عناصر دیگر ترکیب میشود تقریباً 89% وزن آب را اکسیژن تشکیل میدهد . آتش بدون اکسیژن نمیسوزد و انسان بدون اکسیژن نمیتواند زندگی کند .
این اکسیژن هواست که ما تنفس میکنیم و تنها اکسیژن است که واقعاً در بدن مصرف میشود بقیه 79% هوا برای رقیق نمودن و حل اکسیژن است . اکسیژن خالص 100% اغلب برای تنفس در بیمارستان ها و هواپیماها بکار میرود . گاهی اوقات اکسیژن 100% در عملیات غواصی عمق کم مورد استفاده قرار میگیرد . بهر حال اگر شخصی در تحت فشار ، اکسیژن خالص تنفس نماید خطراتی جدی ناشی از مسمومیت گاز اکسیژن برای او بوجود خواهد آمد .
2-3-نیتروژن (ازت)N2
ازت مانند اکسیژن بیرنگ ، بی بو و بی طعم است و یکی از عناصری است که در تمام فعالیتهای حیاتی موجود است ، ازت بر خلاف اکسیژن باعث حیات موجودات زنده و یا باعث احتراق نمیشود و به آسانی با عناصر دیگر ترکیب نمیگردد . ازت هوا در حالت آزاد بی اثر بوده و اساساً عامل حمل اکسیژن است . ازت بعنوان رقیق کننده اکسیژن در غواصی مورد توجه قرار دارد ولیکن در تحت بعضی از شرایط مضراتی نیز نسبت به سایر گازها دارد .
تخدیرازت نتیجه نامطلوب (خصوصیات بیهوش کننده ) تنفس ازت در فشار زیاد است که باعث از بین رفتن شعورو قدرت تصمیم گیری غواص میشود . بهمین دلیل از هوای فشرده در فعالیتهای غواصی عمق زیاد استفاده نمی گردد.
3-3-هلیوم(He )
هلیوم نیزیکی از گازهای بیرنگ ، بی بو و بی طعم است ولی این گازتک اتمی است یعنی این گاز در حالت آزادش بصورت یک اتم تنها وجود دارد . هلیوم کاملاً بی اثربوده و آنقدر بی اثر است که حتی با خودش هم ترکیب نمیشود . همچنین هلیوم در آب نامحلول است. هلیوم یک عنصر نایاب است و تنها در هوا و به مقدار خیلی کم موجود می باشد. هلیوم هفت بار سبکتر از هوا است . هنگامیکه از هلیوم به عنوان گاز رقیق کننده اکسیژن استفاده میشود مسائل تخدیر ازت دیگر پیش نمیآید ولی هلیوم مضراتی مخصوص بخود دارد . یکی از این مضرات تغییر صدای غواص است که موجب ایجاد اخلال در بر قراری ارتباطات صوتی در فعالیتهای غواصی عمق زیاد میگردد. (درچنین شرایطی صوت غواص زیر و نازک میشود ) . همچنین هلیوم بلحاظ قابلیت بالای هدایت و انتقال گرما ، حائل از دست دادن سریع دمای بدن غواص میباشد .
4-3-هیدروژن (H2)
هیدروژن ، دو اتمی ، بیرنگ ، بی بو ، بی طعم و چنان فعال است که بسهولت بصورت آزاد در روی زمین یافت میشود . هیدروژن فراوان ترین عنصر در تمام جهان است . هیدروژن سبکترین عنصر است و مدت 150 سال بطور گستردهای از آن برای بالا بردن بالونها استفاده میشد . هنگامیکه هیدروژن با هوا مخلوط میشود (در مواقعی که میزان اکسیژن بیش از 3/5 درصد است) این مخلوط واقعاً قابل انفجار میگردد .گاز هیدروژن در غواصی نیز بکار گرفته شده است (بجای ازت و بهمان دلایلی که از هلیوم استفاده شده است ) ولی خطراتی که در بر دارد باعث میشود که استفاده از این گاز محدود گردد .
5-3-نئون (Ne)
نئون ، یک اتمی ، بی اثر ، بی رنگ و بی بو بوده و بمقدار خیلی جزئی در آتمسفر یافت میشود . هنگامیکه نئون در فشار خیلی پائین نگهداشته شود الکتریسته را بخوبی هدایت میکند و با رنگ قرمزیا نارنجی مشخصی میدرخشد. معمولاً از نئون در ساختن تابلوهای تبلیغاتی درخشان استفاده میشود . نئون گاز سنگینی است ولی هنگامیکه برای رقیق کردن اکسیژن تنفسی بکار میرود خصوصیات تخدیر ازت را ندارد .
از آنجا که در استفاده از گاز نئون، مسئله تغییرات صوتی (همانند هلیوم)وجود ندارد واین گاز دارای مشخصات عایق حرارتی فوق العاده ای میباشد، لذا از آن در بعضی از فعالیتهای تحقیقاتی غواصی استفاده میگردد .
6-3-دی اکسید کربن (Co2)
وقتیکه گازکربنیک بصورت درصد کمی در هوا یافت شود بیرنگ ، بی بو و بی طعم است اما هنگامیکه گازکربنیک بمقدار زیادی در یکجا جمع شود بو و طعم اسیدی خواهد گرفت .
این گاز فرآورده طبیعی تنفس انسان و حیوانات است که از اکسید شدن کربن در بدن برای تولید انرژی حاصل میشود . گازکربنیک بمقدار تقریبی 03/0 درصد از کل هوا در آتمسفر یافت میشود .
برای غواصان توجه به دو نکته اساسی در مورد گازکربنیک لازم و ضروریست که عبارتند از:
1. کنترل مقدار CO2 در هوای تنفسی .
2. خارج نمودن گازکربنیک بعد از تنفس .
اگر گازکربنیک بمقدار زیادی در یکجا تمرکزیابد میتواند شدیداً سمی باشد .
7-3- منو اکسیدکربن (CO)
منواکسید کربن به طور طبیعی در هوا وجود ندارد ، این گاز نتیجة سوختن ناقص مواد سوختنی است و اغلب در اگزوست موتورهای احتراق داخلی یافت میشود. این گاز برای انسان فوق العاده سمی است .
مادامیکه این گاز بی بو ،بی رنگ و بی مزه باشد ، تشخیص آن سخت است . منواکسید کربن از نظر شیمیایی بسیار فعال و در انتقال اکسیژن توسط خون به اندامهای بدن به طور جدی مداخله می نماید . وجود گاز منواکسید کربن در محیطی که هوای کمپرسورها تامین می شود یک مشکل بسیار جدی است . کمتر از سه میلیونیم این گاز در محیط تنفسی غواصان می تواند منجر به مرگ شود .
8-3-بخار آب (H2O)
هوا همواره حاوی درصدی از بخار آب یا رطوبت می باشد . زیادی بخار آب می تواند منجر به سرد شدن غواص و در شرایط هوای سرد موجب یخ زدن و انسداد سیستم تنفسی غواص گرددو بهمان نسبت رطوبت کم نیز در خشک شدن گلو و سینوسهای غواص تاثیر گذارده و باعث وارد شدن صدماتی به واشرها و لوله های هوای دستگاه تنفسی میگردد .
4-قوانین گازها
گازها متاثر از ارتباط نزدیک سه عامل (حرارت ، فشار و حجم ) می باشند . یک تغییر در یکی از این عوامل همانند افزایش درجة حرارت منجر به تغییر در دو عامل دیگر می شود .یک غواص باید بداند که تغییر در فشار هوا ممکن است چه تاثیری در لباس و ریه وی به هنگام بالا و پایین رفتن داشته باشد .
1-4-قانون بویل
قانون بویل بیان میدارد که در درجه حرارت ثابت حجم مقدار معینی از گاز به نسبت عکس فشار مطلق آن تغییر خواهد نمود . بدین معنی که هرچه فشار بیشتر شود حجم کمتر میگردد و بلعکس. رابطة فشار و حجم را میتوان از نظر ریاضی با فرمول ذیل بیان نمود :
P1V1= P2V2
P1 فشار اولیه گاز ، V1حجم اولیه گاز ، P2 فشار ثانویه گاز و V2حجم ثانویه گاز
مثال : اگر یک حباب هوا (یا هوا درگوی لاستیکی )به حجم یک فوت مکعب از سطح آب به عمق 66 فوتی آب دریا برده شود حجم آن چه مقدار تغییر خواهد نمود ؟
اتمسفر 1=P1 فشار اولیه فوت مکعب 1= V1 حجم اولیه
اتمسفر 3= P2فشار ثانویه ؟ = V2 حجم ثانویه
فوت مکعب 33/0= 1 =1 ×1 =V 2 V 2 × 3 =1 ×1 P1V1= P2 V2 3 3
همانگونه که مطرح گردید عامل دیگری که بر کمیتها ی فشار و حجم تأثیر گذار است درجه حرارت میباشد . چنانچه میزان درجه حرارت گاز محبوس در یک ظرف غیر قابل ارتجاع ،افزایش یابد ، فشار گاز مورد نظر نیز افزایش خواهد یافت و چنانچه دما کاهش یابد به یک نسبت برابر ، در فشار گاز ، کاهش حاصل خواهد شد .
2-4-اثرات فشار برروی اجسام غوطه ور
در سطح آب فشار هوای داخل استوانه یک بار میباشد . وقتیکه استوانه به عمق 10 متری برده میشود ، آب نیز فشاری برابر یک بار اعمال میدارد ، ازاینرو مجموع فشار مطلق وارده بر هوای داخل استوانه دوبار خواهد بود . در نتیجه حجم هوای داخل استوانه به یک دوم حجمی که در سطح بوده تقلیل یافته و چگالی آن دو برابر خواهد شد . در عمق 20متری ، آب فشاری معادل 2 بار اعمال میدارد و فشار مطلق داخل استوانه 3 بار میگردد، از اینرو حجم هوا به یک سوم حجمی که در سطح بوده تقلیل و چگالی هوا سه برابر خواهد شد . بهمین ترتیب در عمق 90 متری آب فشاری معادل 9 بار را اعمال داشته و فشار مطلق داخل استوانه به 10بار افزایش خواهدیافت . در این زمان حجم هوای داخل استوانه به یک دهم حجم اولیه کاهش و چگالی آن 10 بار بیشتر میگردد.
بنابراین به سادگی در می یابیم که تغییر حجم نسبت به فشار در نزدیکی سطح بمراتب بیشتر از تغییر حجم نسبت به فشار در عمق میباشد . موارد مطروحه فوق در خصوص
هوای داخل لباس یا هوای درون ریه های غواصان نیز صادق است . لذا تغییرات ناگهانی عمق در نزدیکی سطح ، بمراتب خطرناکتر از همان مقدار تغییر عمق در زمانی است که غواص در اعماق بیشتر کار میکند .
3-4-قانون فشار نسبی دالتون
قانون دالتون بیان میدارد که :
فشار کل وارد از طرف مخلوطی از چند گاز ،برابر با مجموع فشارهای هر یک از گازهای تشکیل دهنده مخلوط می باشد بعبارت دیگر در مخلوطی از گازها ، فشار نسبی هر گاز برابر خواهد بود با فشار اعمال شدة آن گاز که اگر به تنهائی حجم اولیه را اشغال نماید . برای تعیین فشار نسبی هر گاز در مخلوط میتوان از فرمول زیر استفاده نمود .
فشار کل مخلوط × درصدمقدار حجمی آن گاز در مخلوط = فشار نسبی هر گاز
صد در صد
بطور مثال :مخلوطی از 20درصد اکسیژن و 80 درصد ازت (تقریباً هوا ) تحت فشار 10بار مطلق در ظرفی موجود میباشد ، یعنی 5/1مخلوط اکسیژن و5/4 آن ازت میباشد . فرض میشود که امکان جدا نمودن ازت بطور کامل از مخلوط وجود دارد ، آنگاه اکسیژن قادر خواهد بود که در حجم پنج برابرافزایش و به موجب قانون بویل فشارش به 5/1 و فشار کل ظرف از 10بار مطلق به 2 بار مطلق افت نماید . طبق قانون دالتون ، این موضوع بدین معنا است که در مخلوط اولیه ، فشار نسبی اکسیژن 2 بار مطلق بوده است . چنانچه اکسیژن از مخلوط جدا گردد، فشار به 8 بار مطلق افت خواهد نمود و این فشار نسبی ازت در مخلوط خواهد بود . با جمع نمودن فشارهای نسبی هر دو گاز با یکدیگر فشار کل مخلوط ، یعنی10بار مطلق حاصل میگردد.
مثال : فشار نسبی اکسیژن را در مخلوطی با 40درصد اکسیژن و 60% ازت در فشار 5 بار مطلق محاسبه نمائید .
بارمطلق 2 = 5 × 40 = 5 × 40% = فشار نسبی گاز اکسیژن
100 100%