6- الضغط والحجم والكثافة وبويل

 الضغط والحجم والكثافة وبويل:

يشير الكس وآخرون Alex & other (2001م) أن طبقاً لقانون بويل "عند درجة حرارة ثابتة فان حجم غاز معين يتناسب عكسيا مع الضغط الكلي الواقع على هذا الغاز" ، و تنحصر أهمية قانون بويل في أنه يقوم بشرح التغيرات التي تحدث على أي فراغ هوائي تحت الماء كلما زاد الضغط عليه , فعندما يزيد الضغط بمقدار الضعف يقل حجم الفراغ الهوائي أيا كان مكانه إلى النصف ، مثل الذي يحدث للرئة و الأذن و القناع و الجيوب الأنفية جميعها (أوعيه مرنة)، أما اذا كان (وعاء غير مرن) الأسطوانة  فأن حجمها لا يقل عندما يزداد العمق (الضغط)، ولذلك فإن الهواء الموجود داخل الأسطوانة لا يتأثر بازدياد ضغط الماء خارج الأسطوانة. 

فديو توضيحي 1

فديو توضيحي 2 

         ويوضح   Diving Knowledge Workbook(2012م) مثال علي ذلك بان بالون يحتوي على 300 لتر من الهواء عند 7 أمتار في ماء البحر قد أخذ إلى عمق 26 متراً ماذا سيكون حجم البالون بالضبط عند وصوله إلى عمق 26 متراً، بالتطبيق في المعادلة: ض1×ح1 =ض2 × ح2

(ض=ضغط ح = حجم) في البداية، يجب أن نحول البيانات المعطاة من "عمق" إلى "ضغط":

 أن 7 أمتار في ماء البحر تمثل 1.7 ضغط جوى (كلى).

(7م × 0.100 ضج/م) + 1 ضج = 1.7 ضج كلى.

وأن 26 متراً في ماء البحر تمثل 3,600 ضغط جوى كلى.

(26م×0.100 ضج / م) + 1 ضج = 3.6 ضج كلى.

بعد ذلك نحتاج إلى المعادلة: ض1 × ح1 = ض2 × ح2، وبما أن لدينا الآن ثلاثة متغيرات من الأربعة المرجو استخدامها، فإن كل ما يبقى لا يزيد عن مسألة حسابية – بعد أن نضع المتغيرات في أماكنها.

متغير الضغط الأول (ض1) هو 1.7 ضغط جوى كلى (عمق 7 أمتار) ض1 = 1.7

متغير الضغط الثاني (ض2) هو 3.6 ضغط جوى كلى (عمق 26 متراً) ض2 = 3.6.

متغير الحجم الأول (ح1) نعرف أنه 300 لتر. ح1 = 300 لتر.

متغير الحجم الثاني هو ما نحاول إيجاده. ح2 = س.

بترتيب المتغيرات وفقاً للمعادلة الأصلية (ض1 × ح1 = ض2 × ح2) نجد أن:

1,7 × 300 = 3.6 ×س، حيث أن "س" هو المتغير الغير معروف.

ومن أجل أن نجلب المتغير الغير معروف وحده، فإننا نقوم بقسمة كلاً الجانبين على 3,6

 510 ÷ 3.6 = س اذاً حجم البالون عند وصوله إلى عمق 26 متراً = 141,66 لتراً. (84 : (1-23))

          مثال أخر علي ذلك ، بالون يحتوى على 30 لتراً من الهواء قد أُطلق من 10 ضغط جوى كلى ، فإذا لم ينفجر ، فما هو حجم الهواء الموجود في البالون عند وصوله إلى السطح ، هناك علاقة بسيطة تكون صحيحة عند التعامل مع الزيادات الكاملة للضغط الجوي وبالتحديد هي أن وعاء مرن سوف يتمدد أثناء الصعود حتى يصل إلى السطح وعندها يكون بداخله حاصل ضرب كمية الغاز الأصلية في عدد الضغط الجوي الذى أطلق من عنده وفى هذه الحالة ، وحيث أن الوعاء بدأ بكمية 30 لتراً عند 10 ضغط جوى كلى ، فإن الغاز سوف يكون قد تمدد 10 مرات عند وصوله إلى السطح ليصبح حجم الهواء 300 لتراً .

فديو توضيحي 

          ومن هنا تاتي أهمية قانون بويل ، فهذا الوعاء المرن اشبه بالرئتين اذا قام الغواص بكتم التنفس اثناء الصعود ، فتؤدي ألي الإصابة بالتمدد الزائد للرئتين ( تهتك الرئتين ) ، لذلك يجب معادل الضغط للرئتين عن طريق الشهيق والزفير وعدم كتم التنفس ليصبح الضغط الخارجى للرئتين متساوياً مع الهواء الذى نتنفسه ، اي يكون ضغط الهواء مساوياً لضغط الماء المحيط .وبناء علي ذلك فان الهواء الذى يتنفسه غواص من اسطوانة سكوبا عند عمق 50 متراً  اي 6 ضغط جوى كلى يكون الضغط 6 مرات أكثر منه على السطح ولذلك فإن الهواء الذى يتنفسه الغواص يجب أن يكون 6 مرات أكثر كثافة حتى ينفخ رئتى الغواص بالكامل عند هذا العمق .

ويوضح   Diving Knowledge Workbook(2012م) اذا كان هناك غواص معدل استهلاكه للهواء هو 2 بار في الدقيقة على السطح، فإذا لم تتغير جميع العوامل ماعدا العمق، ماذا سيكون معدل استهلاكه عند عمق 40 مترا في ماء البحر عند 40 متراً يكون الضغط 5 ضغط جوى كلى، ولذلك يجب أن يتنفس الغواص هواء كثافته تكون خمس مرات أكثر مما تكون عليه عند السطح، وإذا كان معدله عند السطح   (1 ضغط جوى كلى) هو 2 بار في الدقيقة، فإن المعدل سيكون خمس مرات معدله على السطح أى10بار في الدقيقة.