Scuba Diving dan Hukum Gas

Menyelam "scuba diving" adalah olahraga yang menggembirakan, dan, sebagian berkat hukum gas, olah raga ini juga merupakan kegiatan yang aman bagi individu terlatih yang sehat. ("Scuba" adalah akronim untuk alat bantu pernapasan bawah air yang lengkap.) Dua aplikasi hukum gas untuk hobi populer ini adalah pengembangan pedoman untuk kembali dengan aman ke permukaan setelah menyelam dan penentuan campuran gas yang tepat untuk mencegah kondisi yang berpotensi fatal selama menyelam.

Menyelam khususnya mungkin 40 hingga 65 kaki, tetapi menyelam sampai 90 kaki tidak biasa. Karena air laut memiliki kerapatan yang sedikit lebih tinggi daripada air tawar — sekitar 1,03 g/mL, dibandingkan dengan 1,00 g/mL — tekanan yang diberikan oleh kolom 33 kaki air laut setara dengan tekanan 1 atm. Tekanan meningkat dengan meningkatnya kedalaman, sehingga pada kedalaman 66 kaki tekanan air akan menjadi 2 atm, dan seterusnya.

Apa yang akan terjadi jika seorang penyelam naik ke permukaan dari kedalaman, katakanlah, 20 kaki agak cepat tanpa bernapas? Penurunan total tekanan untuk perubahan kedalaman ini adalah (20 kaki / 33 kaki) x 1 atm, atau 0,6 atm. Ketika penyelam mencapai permukaan, volume udara yang terperangkap di paru-paru akan meningkat dengan faktor (1 + 0,6) atm/1 atm, atau 1,6 kali. Ekspansi udara yang tiba-tiba ini secara fatal dapat menghancurkan selaput paru-paru. Kemungkinan serius lainnya adalah emboli udara mungkin berkembang. Saat udara mengembang di paru-paru, ia dipaksa masuk ke pembuluh darah kecil yang disebut kapiler. Kehadiran gelembung udara di pembuluh ini dapat memblokir aliran darah normal ke otak. Akibatnya, penyelam mungkin kehilangan kesadaran sebelum mencapai permukaan. Satu-satunya obat untuk emboli udara adalah rekompresi. Untuk proses yang menyakitkan ini, korban ditempatkan di ruangan yang diisi dengan udara bertekanan. Di sini gelembung-gelembung dalam darah perlahan-lahan diperas ke ukuran yang tidak berbahaya selama beberapa jam sampai sehari. Untuk menghindari komplikasi yang tidak menyenangkan ini, penyelam tahu mereka harus naik perlahan, berhenti pada titik-titik tertentu untuk memberi waktu tubuh mereka untuk menyesuaikan diri dengan tekanan yang turun.

Contoh kedua adalah aplikasi langsung hukum Dalton. Gas oksigen sangat penting untuk kelangsungan hidup kita, jadi sulit untuk percaya bahwa kelebihan oksigen bisa berbahaya. Meskipun demikian, toksisitas terlalu banyak oksigen sudah diketahui dengan baik. Misalnya, bayi baru lahir yang ditempatkan di tenda oksigen sering mengalami kerusakan pada jaringan retina, yang dapat menyebabkan kebutaan sebagian atau total.

Tubuh kita berfungsi paling baik ketika gas oksigen memiliki tekanan parsial sekitar 0,20 atm, seperti halnya di udara yang kita hirup. Tekanan parsial oksigen diberikan oleh

dimana PT adalah tekanan total. Namun, karena volume berbanding lurus dengan jumlah mol gas yang ada (pada suhu dan tekanan kita), sekarang kita dapat menuliskan

Dengan demikian, komposisi udara adalah 20 persen gas oksigen dan 80 persen gas nitrogen berdasarkan volume. Ketika seorang penyelam tenggelam, tekanan air pada penyelam lebih besar daripada tekanan atmosfer. Tekanan udara di dalam rongga tubuh (misalnya, paru-paru, sinus) harus sama dengan tekanan air di sekitarnya; kalau tidak mereka akan runtuh. Sebuah katup khusus secara otomatis menyesuaikan tekanan udara yang dihirup dari tangki scuba untuk memastikan bahwa tekanan udara sama dengan tekanan air setiap saat. Misalnya, pada kedalaman di mana tekanan total 2,0 atm, kandungan oksigen di udara harus dikurangi hingga 10 persen volume untuk mempertahankan tekanan parsial yang sama sebesar 0,20 atm; itu adalah,

Meskipun gas nitrogen tampaknya merupakan pilihan yang jelas untuk bercampur dengan gas oksigen, ada masalah serius dengannya. Ketika tekanan parsial gas nitrogen melebihi 1 atm, cukup gas terlarut dalam darah untuk menyebabkan suatu kondisi yang dikenal sebagai narkosis nitrogen. Efek pada penyelam mirip dengan yang terkait dengan keracunan alkohol. Penyelam yang menderita narkosis nitrogen diketahui melakukan hal-hal aneh, seperti menari di dasar laut dan mengejar hiu. Karena alasan ini, helium sering digunakan untuk mengencerkan gas oksigen. Gas inert, helium jauh lebih mudah larut dalam darah daripada nitrogen dan tidak menghasilkan efek narkotika.

Penyelam Scuba