(Volumen) und T (Temperatur):
■ Isobare Zustandsgleichung (1. Gesetz von Gay-Lussac): V/T = konstant, bei konstantem Druck.
■ Isochore Zustandsänderung (2. Gesetz von Gay-Lussac): p/T = konstant, bei konstantem Volumen.
■ Isotherme Zustandsgleichung (Gesetz von Boyle-Mariotte): p × V = konstant, bei konstanter Temperatur.
■ Zusammengenommen ergibt sich daraus folgende Zustandsgleichung für ideale Gase: p × V/T = konstant.
Bei realen Gasen spielt die Bewegung der Moleküle und deren Wechselwirkung untereinander eine Rolle. Die Kohäsionskräfte zwischen den einzelnen Molekülen bewirken einen Binnendruck, der proportional zur Anzahl der benachbarten Moleküle ist und zusätzlich berücksichtigt werden muss. Außerdem muss das Gasvolumen um das Kovolumen (Volumen der Moleküle bei dichtester Packung) verkleinert werden. Für reale Gase gilt die Van der Waal’sche Zustandsgleichung.
Hinweis. Um die zugrunde liegenden Mechanismen beim Tauchen einfacher beschreiben zu können, geht man von idealen Gasen aus.
2.4 Wärmeregulation
2.4.1 Wärmeübertragung
Wärmeenergie kann auf unterschiedliche Art und Weise von einem Körper zum anderen transportiert werden. Häufig hat man es in der Praxis mit Mischformen der einzelnen Übertragungsmechanismen zu tun.
Wärmestrahlung
Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung. Die abgegebene Strahlungsenergie ist dabei proportional zur Kelvin-Temperatur des Körpers. Mittels Strahlung wird Wärmeenergie transportiert, ohne dass ein Übertragungsmedium vorhanden sein muss (Vakuum). Die ausgetauschte Wärmeenergiemenge (Q in Watt) ist dabei ausschließlich von der Temperatur beider Körper abhängig und wird durch das Bolzmann-Gesetz beschrieben.
Ein Körper kann Strahlung emittieren (aussenden), transmittieren (durchlassen) oder absorbieren (aufnehmen). Dabei spielen Oberflächeneigenschaften eine Rolle.
Konvektion
Wärmekonvektion beschreibt den Transport von Wärmeenergie mittels Materietransport. Wärmeenergie wird weitergeleitet, indem Teilchen transportiert werden, die ihre kinetische Energie (Wärmeenergie) mitführen. Ein warmer Körper wird z. B. von kalter Luft angeströmt, diese erwärmt sich und wird sofort durch nachströmende kalte Luft ersetzt. Dabei werden zwei grundsätzliche Transportmechanismen unterschieden: die natürliche und die erzwungene Konvektion. Von natürlicher Konvektion wird gesprochen, wenn die sich an dem Körper erwärmende kalte Luft durch Verringerung der Dichte aufsteigt (z. B. ruhender Taucher). Erzwungene Konvektion liegt vor, wenn der Körper z. B. durch ein Gebläse zwangsweise angeströmt wird (z. B. bewegter Taucher).
Wärmeleitung
Bei Wärmeleitung handelt es sich um einen Transportmechanismus, bei dem Wärmeenergie innerhalb eines Körpers (Festkörper oder ruhende Flüssigkeit) weitergegeben wird. Dabei wird die Schwingungsenergie der Moleküle an benachbarte Molekülgruppen übertragen. Die Menge der gesamtmöglichen übertragenen Wärmeenergie pro Zeiteinheit ist dabei stark von den Stoffeigenschaften abhängig.
Kondensation und Verdunstung
Bei Verdunstungsprozessen können große Mengen an Wärmeenergie umgesetzt werden. Der Phasenwechsel z. B. von Wasser in Wasserdampf erfordert eine große Energiemenge (freie Verdampfungsenthalpie bei Wasser ist ~2500 kJ/kg). Dieser Prozess wird z. B. verwendet, um durch Schweißproduktion und anschließendem Verdampfen auf der Haut dem Körper auf effektive Weise Energie/Wärme zu entziehen. Bei Kondensationsprozessen (Übergang Gas – Flüssigkeit) werden entsprechend große Energiemengen frei. In der Praxis hat man es meist mit der Kombination aller Wärmeübertragungsmechanismen zu tun.
Fallbeispiel. Ein Taucher, der am Ufer steht, wird durch Sonnenstrahlung stark erwärmt. Gleichzeitig gibt der Taucher über Wärmeleitung Wärmeenergie nach außen ab. An der Materialoberfläche (des Tauchanzugs) wird diese Wärme über Konvektion an die Umgebung abgegeben. Herrscht Wind, handelt es sich um erzwungene, bei Windstille um natürliche Konvektion. Hat sich der Taucher vorher im Wasser aufgehalten und die Oberfläche des Tauchanzug ist noch nass, wird zusätzlich ein großer Anteil an Wärmeenergie über Verdunstung abgegeben.
2.4.2 Regelmechanismen im Körper
Die Anteile der verschiedenen Mechanismen zur Wärmeregulierung (Strahlung, Verdunstung, Konvektion, Wärmeleitung, Kältezittern) können je nach Situation und Art des Kälteschutzes beim Tauchen stark variieren (Abb 2.2, s. auch Kap. 3). So ist bei Tauchgängen in kalten Gewässern ein ausreichender Kälteschutz genauso wichtig wie ein effektiver Schutz vor Sonneneinstrahlung beim Tragen eines Neopren Anzugs an Land. Der menschliche Körper kann auf verschiedene Weise auf die unterschiedlichen Umgebungsbedingungen reagieren und die Körpertemperatur regeln. Dabei stehen bei Auskühlung effektive Wärmebildungsmechanismen sowie bei Überhitzung Möglichkeiten von verstärkter Wärmeabgabe zur Verfügung (Abb 2.3).
Abb. 2.2: Möglichkeiten der Wärmeregulation im Körper
Abb. 2.3: Einfluss der verschiedenen Wärmeübertragungsmechanismen auf die Körperkerntemperatur. Die Temperatur des Körpers wird vor allem von Wärmeproduktion (Stoffwechsel) Wärmeabgabe und dem Körper zugeführte Wärme beeinflusst. Die Wärmeproduktion im Körper kann dabei in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen stark variieren (durch unterchiedlich große Flächen dargestellt). Die Wärmezufuhr durch die Umgebung geschieht i. d. R. durch Strahlung und variiert hier ebenfalls. Nennenswerten Einfluss hat dies bei direkter Sonneneinstrahlung. Diese Fälle sind durch von links kommende Pfeile dargestellt. Die Mechanismen der Wärmeabgabe sind rechts der Wärmebildungsprozesse im Körper visualisiert. Sie variieren je nach Umgebungsbedingungen. Ziel ist es, diese Einflüsse beim Tauchen durch die Wahl geeigneter Kälteschutzanzüge zu minimieren
2.5 Maßeinheiten
2.5.1 Umrechnung SI-Einheiten
In verschiedenen Ländern und Anwendungsgebieten werden unterschiedliche Einheiten verwendet. In Europa finden in Alltag, Industrie und Wissenschaft (außer Medizin) überwiegend SI-Einheiten Verwendung, in einigen anderen Ländern, z. B. in den USA, werden eigene Einheiten verwendet (z. B. Imperialsystem). Im Folgenden werden die wichtigsten für das Tauchen relevanten Einheiten und deren Umrechnung aufgelistet.
Länge
| Kurzzeichen | Einheit/Konstante | Wert ca. | Wert exakt |
| m | Meter | – | SI-Einheit |
| „ | Zoll | – | 2,54 cm |
| in. | inch | – | 2,54 cm |
| ft. | foot | – | 30,48 cm |
Fläche
| Kurzzeichen | Einheit | Wert ca. | Wert exakt |
| m2 | Quadratmeter | – | SI-Einheit |
| sq.in. | square inch | 6,45 cm2 | 6,4516 cm2 |
| sq.ft. | square foot | 929,00 cm2 | 144 sq.in. |
| sq.yd. | square yard | 0,8361 m2 | 9 sq.ft. |
Volumen
| Kurzzeichen | Einheit | Wert ca. | Wert exakt |
| m3, cbm | Kubikmeter | – | SI-Einheit |
| L, L | Liter | – | 0,001 m3 |
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