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身体の中には、肺や空洞の部分がいろいろあって、

潜水すると圧力の影響を受け、

身体に何らかの影響を与えるので、

よく理解しておくことが必要だよ。

どんな、影響なのかな？

ダイビングのライセンスを取ったときに少し勉強したけど、

水中では息を止めてはいけないとか、

浮上（水中から海面に上がること）のときは、

ゆっくり浮上しなければならないとかのことですよね。

そうだよ。


その辺をこれから詳しく勉強するのよ。

まずは、大事な「ボイルの法則」を覚えようね。

ボイルの法則は、

「一定温度の気体の体積は圧力に反比例する。」　ということで、

圧力を２倍にすると体積は半分になる。

３倍にすると３分の１になるということなんだ。

逆に考えると、圧力が弱まれば、

体積は増加するということだよね。

これが潜水には大事なんだ。

そうだね。

一応、計算式も頭に入れておいてね。（※１）

計算問題も出るからね。

潜水して、深いところに潜っていくと、

圧力によって人の肺や身体の中にある空気や

後で勉強するけど不活性ガスが体の中にぎゅっと閉じ込められるんだ。

閉じ込められた空気などは、浮上していくと、

圧力が弱まるので、どんどん膨張していくんだ。

ゆっくりと浮上して呼吸していれば問題はないけど、

いきなり速いスピードで浮上すると、

吐き出される空気の量よりも、膨張する空気のほうが大きくなって、

風船を膨らまし過ぎたように破裂しちゃうんだ。

そうね。

それだけじゃなくて、減圧症という病気にもなるから、

必ずゆっくりと浮上して、呼吸をとめちゃいけないんでしたね。

この障害については、高気圧障害というところで、

詳しく勉強しますね。

ボイルの法則で、気体の体積が変化することを勉強したけど、

気体の体積は、圧力のほかに温度にも影響を受けるよ。

「シャルルの法則」とは、

「圧力一定のとき気体の体積は、絶対温度に比例する。」　ということで

絶対温度とは、簡単にいうと、気温０℃のことを、

別の単位で表すと、２７３.１５℃という温度で、これを「絶対温度」というんだ。※２

今、勉強した、ボイルの法則（圧力と体積の関係）では、

温度が一定という条件があり、

シャルルの法則（体積と温度の関係）は、

圧力が一定という条件が付いているよね。

では、温度と圧力が一定ではなく、その両方が変化したときに

体積はどうのように変化するかというのを表したものが

「ボイル・シャルルの法則」で

「気体の体積は圧力に反比例し、温度に比例する。」

となります。※3

次の計算式を使って、

ボンベの圧力や内容量を求める計算問題がよく出るので、

次の 　例題なども頭に入れておいてね。

　例題：
スクーバ潜水において、１０リットルのタンクに１９.６MPa（メガパスカル）

まで空気を充填し、このときの空気温度が５０℃であったとします。

このボンベを使用して、水温２０℃の水に潜水した場合、ボンベは冷やされるので、

温度と圧力と体積の関係は、上の式から、次のように求められます。


圧力ｐ＝１９.６MPa、温度T＝２７３.１５＋５０、体積１０リットル

圧力P2、温度T2＝２７３.１５＋２０、体積１０リットル

　　　　19.6×10（１９６）　　　　P2×10（10P2）
　　　　ーーーーーーーーーー ＝　ーーーーーーーーーー
　　　　273.15＋50（323.15）　273.15＋20（293.15）

３２３１.５P2　＝　５７４５７４

P2＝１７．７８０・・・となり、

温度の低下により、圧力は１９.６MPaから約１７．８MPaとなり

少なくなってしまうんだ。

逆に、温度が上昇すると圧力も上昇して、

ボンベの耐圧圧力を超えると破裂してしまうんだね。

そうだよ。


次は、ちょっと難しくなるから、少し考えながら勉強してね。

「２種類以上の気体からなる混合気体の圧力は（全圧）は、各成分気体の分圧の和に等しい。」※4

何のことだかよくわからないよね。

そう、空気は、酸素約２１％、

窒素約７８％、

その他（アルゴン、二酸化炭素など）約１％の混合気体で、

１００％の空気となり、私達は１００％の空気を呼吸して、

その中の酸素を体の中に取り入れているんだよ。

そう考えてくれてもいいよ。

だけど、大事なことは、

この窒素という気体が潜水には、

いろいろと関わってくるやっかいな気体なんだ。

それはまたあとで勉強するけどね。

それで、１００％の空気は、１気圧で１００％の圧力から成り立っていて、

これを「全圧（全部の圧力）」というんだ。


１００％の空気の中で、酸素だけの「分圧（分割された圧力）」は２１、窒息は７８、その他が１で、

合わせて１００％の「全圧」になる。

ということは、それぞれの気体の「分圧」を合わせてやると、

空気で言えば１００になるという法則なんだ。

潜水には、空気のほか、いろいろな混合ガスが使われるため、

ある気体の分圧が高くなると、身体に障害を与える場合があるので、

この「分圧」というものを覚えておくことが大事なことだからね。

気体が液体に接しているときに、

気体は液体中に溶け込むんだ。

これを「溶解（分散）」と言っています。

「ヘンリーの法則」とは、

「温度が一定のとき、一定量の液体に溶解する気体の量は、その圧力（混合気体では分圧）に比例する。」と定められています。※５

これを気体の量からではなく、体積からみると、

「一定量の溶媒に溶解する気体の体積は、その圧力下で測ると圧力に関係なく一定である。」とも定められています。

ちょっと、コーラでも炭酸のジュースでもいいから、頭の中で想像してみて。

ペットボトルのふたを開けると、
プシュっと音がして、中からガスが出てくるよね。

あれは、ガスが液体の中に圧力でぎゅっと閉じ込められていて、
蓋をあけることで圧力が弱くなるので
液体の中に溶け込んでいたガスがいっきに放出されるからなんだ。


圧力が高くなると、液体の中にとけこむ気体の量は多くなるということだね。

これが実は潜水にも深い関係があって、
減圧症などの高気圧障害を引き起こすことにもつながるんだ。

それは、次の気体の特性の溶解のところと、
高気圧障害のところでまた勉強しようね。