Tryck
– kan du räkna med gas?
Hur kan det komma sig att en flaska som är fylld till 300 bar inte innehåller dubbelt så mycket luft som en likadan flaska fylld till 150 bar? I det här numret ska vi titta närmare på varför gaser under tryck ibland uppför sig oväntat.
Fysiker gör ofta en del förenklingar för att reducera antalet problem i sina uträkningar. Det kan till exempel vara praktiskt att anta att olika gaser i vissa sammanhang uppför sig likadant när man ska göra experiment och beräkningar. En så kallad ideal gas är en gas där man bland annat förutsätter att molekylerna inte påverkar varandra och att deras storlek inte spelar någon roll i det stora skeendet. Man låtsas som om molekylerna är helt elastiska när de stöter emot varandra. Det tillåter man sig att göra eftersom gasen mest består av tomrum mellan molekylerna som därför bara upptar en bråkdel av platsen i gasen.
Ren teori förstås, för en sådan gas finns inte. Men strunt i det säger fysikerna, vi låtsas att den finns för det gör våra liknelser lättare. Och de små fel som kan uppstå betyder inget för de problem vi arbetar med just nu, resonerar de.
Som dykare använder vi de lagar som gäller för ideala gaser när vi till exempel räknar ut hur mycket luft vi har i våra dykflaskor. Och det fungerar fint när vi använder luft eller nitrox i mellan 0-200 bars tryck och 0-50 graders temperatur. Här ligger de ideala gaslagarna med sina förenklingar och antaganden så nära verkligheten att det inte spelar någon roll. Vad betyder en liter mer eller mindre vänner emellan? Vi gör därför den enkla uträkningen att en tioliters dykflaska fylld till 200 bar innehåller 2.000 liter luft – ungefär sådär. Men vi kan alltså inte utan vidare göra samma uträkning för en flaska fylld till 300 bar…
När vi kommer märkbart över 200 bar så börjar kurvan att böjas och det finns inte längre något linjärt samband mellan tryck och volym.
För att förstå varför måste vi titta närmare på de tre former materia kan anta: fast, flytande och gasform. Ett fast ämne som metall är svårt att ändra formen på och det går inte att komprimera. En vätska som till exempel vatten är lätt ändra formen på men går inte heller att komprimera. En gas som luft kan å andra sidan både formförändras och komprimeras.
När trycket stiger i en gas pressas de enskilda molekylerna närmare varandra och börjar ”fylla ut” i förhållande till den totala volymen. Därför kan vi inte längre bara anta att gasen beter sig idealt och bortse från molekylernas beteende. Ju högre trycket blir ju mer börjar gasen uppföra sig som en vätska, som ju inte kan komprimeras.
Fyller du en tio liters flaska till 300 bar vid rumstemperatur har du inte 3.000 liter luft, utan bara cirka 2.700 liter. Du har alltså cirka tio procent mindre gas än vad du i förstone räknade med. Nu när 300 barsflaskor blivit väldigt vanliga här hemma är det många som hoppar av begeistring. Men ta först den här effekten med i beräkningen innan du springer ut och investerar i nya flaskor…
