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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。
潜水器的发展情况 港水器是各种水下运行器的统称。通花分为執人潜水器和无人灣水器两大类。 數人灣水器是在水下有人探纵，并可提带源贸的一种灣水器。根据胎室压力的不同，可分为路压數人 潛水器、闸式潜水器和湿式潜水器三种。湿 式潜水器，其舱室是非耐压的，驾驶员和乘 员需戴水下呼吸器，主要用于潜水观光和运 送潜水员。闸式潛水器是一种组合式（常压 ，高压）载人潜水器，可在水面及水下航行 （图 1-8)。早的一艘闸式潜水器于 1895 年是根据 “沉箱”的气闸原理制成的。 闸式 潜水器首部的驾驶舱内为常压，驾驶员可利 用仪器设备对舷外目标物进行水下观察和 Gof 00: 录像，可监视舷外潜水员的活动，并能及时 营救。潜水器中部为一可调压的潜水舱。当 舱室内外压力平衡时，打开底门，潜水员可 出潜作业。作业结束，返回舱室。潜水员可 在高压下与母船上的甲板减压舱对接后，进 图1-8 闸式潜水器 入甲板减压舱再实施减压。闸式潜水器在水下有很大的灵活性，是一种新型的多功能的潜水器，但它的投 资和使用费用均较高。我国在20 世纪 80 年代曾从法国进口过 SM358 和 SM360 两种闸式潜水器，其 潜 水深度为 300 m。 常压潜水是人在潜水过程中始终处于常压环境下的一种潜水技术。人在水中直接潜水的 深度在 500~600口范国，而人在窗南的第达村达龙体中，时以到忑灣计的取休短。 人港水器创造了深灣 10 911. S4 四 的世界纪录。 诺压潜水版，是近年*才发展起来的一种作业型潜水器，主要由坚固耐压的轻顾合金數光、机城手和 生金支持系统每部分组成。操作者時吸滿压空气，因而没有年语音失真及保暖问题，潜水作业后也无需發 压。20 世纪70 年代初的产品型号有“吉姆” 和“山婚”，外形权人， 四肢有活动关节，水下活动不够灵活。后来的“黄蜂”、 “蜘蛛”和“蟺 婷。型，下肢改为桶形，设 6~8个小型推进器，可上下、左右、路后 移动，也可悬停作业，潜水深度达 610四。因不再星人形，故改称为单 人常压潜水器，英文缩写名仍为 OMAS(图 1-9)。 OMAS 的主要优点是操 作使用方便、安全可靠，尤其是在紧愈情况下可迅速投入使用，不足 的是在水中停留时间受到海况和人的耐受力限制。因内有代表性的 osz-11型常压潜水服派有观察和作业等功能，既是常压執人潜水器， 又可作为简单的過控潜水器，其 工作深度为 300m，水下巡航半径 50m，生命支持力 80 h，可以在海况不大于4 级的海区进行作业。 遥控潜水器和水下机器人足两种典型的无人潜水器。遛控潜水器 常按英文名缩写称其为 ROV，是一种依靠水面遥控而运行的潜水器。按 逼拉方式不同，ROV 可分为系缆和无缆两种类型。前者通过电统可把水 下获得的水深、水温、航向、航速等各种参数传回水面控制台上。操 因1-9 单人常压潜水器 纵人员可监视 ROV 的活动，并进行遥控指挥，指令它在水下完成一定 的任务。后者由水面通过声波指令对 ROV 实现邏控。目前，ROV 的 深度已达 7000m，但其工作深度多半在600 m 以浅。ROV 由于不需要人员下海而无生命危险和可以不必自 行携带动力源等，因而尺寸小、重量轻、造价低，近年来国内外发展迅速。 我国 ROV 研制开发工作始于 20 世纪 70年代末。 台 HR-I 型 ROv 属水下观察型 ROV，其 工作深度为 300 m，水下巡航半径 120元, 航速 2.5 k。之后，国内又研制出 Yg2 型等几种作业型的 ROV，具有水下搜素、水下观察和水下作业等功 能。 水下机器人，又称海洋机器人，是一种代替潜水员在水下作业的自控的潜水器。能在水下游动或行走, 能模仿人的手和臂运动，完成水下作业所需动作。国际上，水下机器人品种繁多。国内，1994年研制出落 一台潜水深度为 1000 m 的探素者号水下机器人。1996年又研制成 6000 m 的 CR-01 型水下机器人。目煎， 我国在无缆智能型水下机器人的研究方面也取得了一定的成果。 潜水技术发展多元化的今天，有统计资料表明，ROV、OMAS 和饱和潜水 系统的初始投资费之比约为 1:1:10，苦运费约为 0.5:1:10，重量约为 1:1:12。所以，当今人们普追认为：在潜水作业深度超过 150 之后，尽管可采用饱和潜水进行作业，但是由于它的投资和营远费用品贵及医务保障的复杂性，因此都饭 向于选用 ROV 或 OMAS 以取代潜水员直接潜水。在水深 150n 以浅的水下作业，由于潜水员的手比机械手作 业效率高，可完成许多复杂的任务，因此，仍基本采用承压潜水技术。具体地说，60m 以浅，水下作业货 间短，主要采用水面供气式轻装空气潜水，但在寒冷和/ 或海流较大的水城，也可采用新型的重装空气楼 水：水下作业时间及整个作业周期较长，宜采用空气饱和潜水或氮氧饱和一空气巡回潜水：60~120口道 围，水下作业时间较短，可采用瓜氧常规潜水：60~150m 范围，水下时间较长，则应采用氢氧饱和港本 当然如果需要，150~300m 范围，也可采用饱和潜水技术。
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