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气体的柢念 我不不运动论的观点，物体分于间存在者吸引1力，这将似物体分天不的 灣想对，公子网又公产生推后力，，他分子他迎為拉开。一般粮的吃你分子阿的旺路故大，且分不的m看 很小，按服万有 1力定你可知，一体分子问的作用力是很小的。 为了研究方他，我们证塔您略气你分手的的作用方。所開理想公体，就是分子向设有相互作用力的气 体。 由于理想气体分于问没有作用力，二T体分子可以自曲运动，遊成气体没有一定的，状，体积在没有州 力的情况下，具有无限扩妝的性质。 因为气休分子同的距高很大，一气体在外力作用下具有易东縮性的特点。自然界的气休业然非究全應义 上理想气休，但我们把亡看作理想气体来研究，按理想一休理论推号出的有关二体定徘进行计鲜，所科的 結论误鉴很小。故我们在有兴气体定徘的计领中，都把文际的气体不做足理想“体。这样处理可大大简化 研究过程。 二、 气体的状态参量 对于一定质的一休，我们常用气体的体积（w、乐强(D)和温度(T)米描述其状态，这三个量称为气质 的状态参量。 由于气体可以自由移动，所以具有充满整个容器的性质。因此气体的体积由容器的容积来决定。气佛 体积的法定单位为立方米(m、立方厘米(cm?）和升（心)等。 温度是用来表示物体冷热程度的物理量。我们常用的温度是投氏温度。在气体定律的计算时不能尋後 用摄氏温度，而应使用热力学温度《或叫 温度)。其单位是开尔文，简称开(K)。 温度(T)和摄氏温度()之间的关系为 T= t+273 从上式可看出，t--273°C时， 温度T=OK。我们把这时的温度叫 零度。 压强在气体定律的计算中用的是 压强。相对压强不能直接代入气体定律公式中计算。三、理想气体的气态方程 对于一定质量的气体，如果三个状态参量P、V和工都不改变，我们说气体处于某一状态。如果这三 个量或任意二个量同时变化，我们说气体的状态改变了。 实验证明：一定质量的理想气体，它的压强和体积的乘积与 温度的比，在状态变化时始终保持不 变，即：-征量 政一“-号兴 (2-6) 我们把 2-6 式称为理想气体的气态方程。 式中P、V、工分别为 种状态的压强、体积和 温度；P2、V．工,分别为第二种状态的压强， 体积和 温度。 气态方程描述了气体压强、体积和 遏度之间的变化规律 对于一定质量的气体，如果压强、体积和 温度三个量中一个量保持不变，那么根据2-6 式可以分 别得出，其余两个量之间的关系。 （一）波义耳一马咯特定律 气体状态交化时，温度保特不变的过程叫做等温过程。根据 2-6 式，当工=巧,时 P V=P,V,=恒量 (2-7) 即： 一定质量的气体，在温度保持不变时，气体的压强与体积成反比 这个规律是 17 世纪，由英国科学家波义耳和法国科学家马路特分别发现的。我们把2-8 式称为波义耳 -马略特定律， （二）萱?吕萨克定律 气体状态变化时，压强保持不交的过程叫做等压过程。根据 2-6式，当P=P2时， -常 2=恒 (2-8) 即： 一定质量的气体，在压强保持不变时，气体的体积与 温度成正比。 这个规律由法国科学家盖 ?吕萨克早发现。我们把2-8式称为盖 ?吕萨克定律。 （三）查理定律 气体状态变化时，体积保持不变的过程叫等压过程。 根据2-6式，当 V-V时， 号-证址 (2-9) 即： 一定质量的气体，在体积保持不变时，气体的压强和 温度成正比。 这个规律由法国科学家查理首次发现。我们把2-9式称为查理定律。 例2.3 将常压下 31m°的空气（温度23C），压入容积为 8m° 真空的加压舱内，这时舱上压力表指到 0.3MPa。 问舱内空气的温度为多少？ 解：常压空气的 压强为 0.1MPa，舱内空气的压强 0.3MPa 是相对压强。在空气的压缩过程中，质 量保持不变，可运用2-6式。 己知：PI=0.1MPa VI= 31m" TI=23+273=296K P,=0.3+0.1=0.4MPa V2=8m? 求：T 根据 2-6 式Tz= Pa: V2. T, P?V -2.12号 ×296-=305.5CK) ?2= Ta-273=32.5(C) ?舱内空气温度升到 32.5°C。例2.4 自携式潜水员，下水前用压力表测得气瓶压强为 12MPa，瓶内空气为 50°C，现潜入 20m 水深 处，水温为 10°C。问潜水员到达水底时气瓶内空气的相对压强为多少？ 解：潜水员从水面到达水底的过程中，需不断呼吸，消耗瓶内压缩空气，也就是说瓶内空气的质量非 恒定，2-6 式已不适用。但如果潜水员快速到达水底，我们可以忽略瓶内空气质量的减少，即近似认为值 定，这样2-6式仍可近似使用。同时，因潜水员快速到达水底，瓶内空气的温度也不可能同步降至水温， 但为了计算方便，我们近似认为潜水员到达水底，其瓶内气温亦降至水温。 己知：p= 12+0.1=12.IPa T,=50+273=323K 12=10+273=283K VI=V 求：p2 根据29武号一号 可得：Py= 31. T2=12] ×283=10.6(MPa) ??相对压强=P2-0.1=10.5（MPa) 例2.5 自携式潜水员，在水下 20m 水深处，深呼吸吸足压缩空气，然后取下呼吸器，屏气上升出水， 问到达水面时，其肺部体积为水下 20m 时的多少倍？ 解：潜水员在 20m 水深时，其肺部承受到压强与静水压强及水面大气压强之和相等。出水后，与大气 压强相等。因是屏气出水，肺部内空气的质量保持不变。 如果我们不考虑水温和气温的差异，则可运用2-7 式计算， 己知：P,=P 0+0.1=0.01×20+0.1=0.3MPa P2=0.1MPa TI=T? 得：V PI = 0.3=3 即：V,=3V1 Pa 0.1 ?出水后肺部的体积是水下 20m 时的三倍。 从这个例题可以知道：这种屏气出水是相当危险的，肺部过度膨账会引起肺气压伤。正确的出水方法 是出水过程不断呼出肺部气体，随深度的减少，肺部内存量气体的质量不断减少，这样到达水面时，肺高 体积不会出现明显膨胩。

潜水技术发展简史 主动从水面灣入水下，再从水下上升出水的过程，称为潜水。過控灣水器和水下机器人灣水，風无人 潜水：潜水员潜水，则为有人潜水。有人潜水可按潜水员机体是否派受商压，分为常压潜水和承压潛水。 有人潜水又可按潜水员机体组织内的情性气体足香达到饱和，分为常规潜水和饱和潜水。随着潜水技术不 断进步，潜水方式愈来愈多，因此，有人潜水还有多种分类方法。 例如，按潜水员的呼吸气体种类可分为 空气潜水、氧气潜水和混合气潜水；按呼吸气体来源，可分为自携式潜水和水面供气式潜水：按呼吸气体 供气方式，可分为通风式 （即连续供气式）潜水、需供式《即按需供气式） 潜水：按呼吸气体回路，可分 为开式、半闭式和闭式潜水，等等， 潜水根据其目的不同，可以分为产业潜水、娱乐潛水、科教潜水和军事潜水。灣水作为人类进入水下 环境的一种手段，在人类原始时代即己开始。如今，潜水己成为经济建设、国防建设和科学研究中不可缺 少的一个特殊的技术工种。潜水在军事上主要用于水下侦察、水下 、投潜救生和水下兵器的打捞等， 在民用上主要用于水产和矿产资源拗察和开发、水下施工、沉船打捞、清扫航道、水库检修、水产养殖和 海洋考察研宄等方面。 潛水技术是指以不同方式潜水所采用的技术。近几十年来，人类为了向海洋进军，潜水技术得到了迅 速的发展。本章旨在简略地回顾潜水各阶段的发展情况和当今潜水技术的发展趋势。 第 节 早期的潜水活动 人类早潜水的确切年代己无法考证，但可以推断是远在有历史记教之前。据《下海半英里》一书中 介绍，早在公元前 4500 年进行的一次考古发据中，就发现了镇联珍珠母的珍宝。在中国，有文字记教的 可以追湖到公元前 2250 年，夏朝皇帝禹曾接收了由部落进贡的牡蛎珍珠贡 品。这些人工制品是先由潜水者采集，然后由工匠制作而成的。 这是人类 在海中屏气潜水作业的早例证。 在与大自然的斗争中，我们的祖先也创造了 不少涉泅水的方法。如流 传于民间的 “狗刨式” “寒鸭浮水”、“扎猛子”等。“扎猛子〞实际上就是 今天的屏气潜水。潜水者屏气潜水时，先吸足一口气，然后潜入水下，在 耐受极限时间之内再急速上升出水（图 1-1）。由于潜水时人的身体直接承 受水下的环境水压，因此，屏气潜水是一种原始的承压潜水技术。屏气 潜水不需要任何器具，所以，在一定条件下仍不失为一种有用的潜水方法。 迄今，世界上屏气潜水的深记录于 2000 年1月18日由一名古巴潜水员 弗朗西斯科创造，他下潜深度达 162m，屏气时间为 3min 12s 屏气潜水有一定的危险性，而且因为屏气时间很短，在产业潜水方面 价值有限，所以为了延长水下时间，必须解决水下呼吸问题。简易的水 下呼吸器是一根潜水呼吸管。采用潜水呼吸管进行水下呼吸的方法，在我 国明朝史料中就有记载。采集珍珠的潜水者用锡制的弯管在水下进行呼吸， 图1-1 屏气潜水 见图 1-2。 这种潜水技术因潜水者肺内气体是常压，故吸气比较费力，只能 下潜很浅的深度。如今，经过改进的潜水呼吸管，在娱乐潜水场所仍在广泛使用。 为了减小水下的呼吸阻力，人们设想出了由潜水者自携气爽进行潜水的方法。气囊潜水是呼吸气体来 白潜水者白携气囊的一种潜水技术。它是现代自携式水下呼吸器的前驱。潜水者在水下，肺内外压力基本 平衡，潜水深度可以不受限制，但是皮质气囊容积有限，可用的气体太少，所以，潜水深度和时间的增加 都很有限。 早期的钟式潜水技术，在公元前 300 多年就有记载，真正应用则在 16 世纪 30 年代。原始的潜水钟为 一只倒扣的木质桶状容器，钟内气体供潜水者呼吸。随着潜水深度增加，气体容积变小，使潜水者动作范图1-2 呼吸管落水 图1-3 原始的潜水钟潜水 围受限，而且钟内气体不能更新，终因缺氧和二氧化碳增高而发生呼吸困难。直到 18 世纪末，鼓风箱 与钟的配合使用，使潜水技术有了新的突破，解决了对水下不能连续供气的问题(图 1-3)。用潜水钟潜水 比用呼吸管或气爽潜水有较多的优点，但钟的本身庞大、笨重，移动操作很不方 便，潜水作业效率低下， 因此，早期的钟式潜水在 19 世纪初叶就告结束。