362. Daltonin osapainelaki

Tutustu liitteenä olevaan aineistoon, jossa kerrotaan Daltonin osapainelaista ja sukeltamisessa käytetyistä kaasuseoksista.

Laske, kuinka syvälle voit sukeltaa turvallisesti käyttämällä hengitysilmana kaasuseosta, jossa on 36 % happea ja 64 % typpeä.

Ratkaisu: 

Aineiston mukaan
  • kaasun paine on sen osakaasujen paineiden summa.
  • hapen osapaine saa olla hengitettävässä kaasuseoksessa enintään 1,4 baaria.
  • kaasun paine hengitettynä keuhkoihin on sama kuin sukellussyvyydellä vallitseva kokonaispaine.

Ideaalikaasun tilanyhtälön mukaan

​[[$ \begin{align} pV&=nRT\\ p&=\dfrac{nrt}{V} \end{align} $]]​

Paine on siis suoraan verrannollinen ainemäärään. Hapen ainemäärä on 36% koko ainemäärästä, joten hapen osapaine on 36% koko paineesta.

Lasketaan kuinka suuri kokonaispaine vallitsee sukellussyvyydellä, kun hapen osapaine saa olla korkeintaan 1,4 baaria.
​[[$ \begin{align} 0{,}36\cdot p_\text{kok}&=1{,}4 \text{ bar} \qquad \|:0{,}36 \\ p_\text{kok}&= 3{,}88... \text{ bar} \end{align} $]]​

Kokonaispaine on normaalin ilmanpaineen ja hydrostaattisen paineen summa. Ratkaistaan sukellussyvyys.
​[[$ \begin{align} p_\text{kok}&=p_0+\rho gh \qquad &&\|-p_0 \\ p_\text{kok}-p_0&=\rho g h &&\|: \rho g \\ h&=\dfrac{p_\text{kok}-p_0}{\rho g} \\ h&=\dfrac{388 \ 888 \text{ Pa} - 101 \ 325 \text{ Pa}}{1000 \text{ kg/m}^3 \cdot 9{,}81 \text{ m/s}^2} \\ h&=29{,}3... \text{ m} \approx 29 \text{ m} \end{align} $]]​

Vastaus: korkeintaan 29 m syvyyteen