Physik Flashcards
1A. Welche hat die Zusammensetzung hat Luft?
Die Zusammensetzung der Luft:
- 78% Stickstoff
- 21% Sauerstoff
- 1% Edelgase (davon 0,03% CO₂ und 0,97% Argon)
1B. Welche Auswirkung hat die Zusammensetzung der Luft auf den Taucheinsatz?
Stickstoff:
-Normale Luft enthält etwa 78% Stickstoff.
-Unter hohem Druck kann Stickstoff zu “Tiefenrausch (ab ca. 30m) oder Stickstoffnarkose (ab ca. 50m) führen.
Sauerstoff:
-Unter erhöhtem Druck kann Sauerstoff toxisch werden.
-Risiko einer Sauerstofftoxizität bei ca. 70m oder 100% Sauerstoff bei 7m.
Kenntnisse der Auswirkungen sind für sichere Tauchgänge entscheidend.
- Was versteht man unter einem Inertgas?
Ein Inertgas ist ein Gas, das keine chemische Reaktion im Körper auslöst und an der Atmung nicht beteiligt ist.
3A. Beschreibe die Erscheinung von: Kohlenstoffdioxid
Leicht riechendes und sauer schmeckendes, farbloses Gas.
3B. Beschreibe die Entstehung von: Kohlenstoffdioxid
Durch Atmung und Verbrennungsprozesse.
3C. Beschreibe die Konzentration in der Atemluft von: Kohlenstoffdioxid
- 0,03% in der Atemluft.
- 4% in der ausgeatmeten Luft.
- 50% schwerer als Luft.
3D. Beschreibe die Auswirkung auf den Körper durch: Kohlenstoffdioxid
- Reguliert die Atmung durch Stimulierung des Atemzentrums.
- Höhere Konzentrationen führen zu Hyperventilation, Kopfschmerzen und schweren Symptomen wie Bewusstlosigkeit.
3E. Beschreibe Besonderheiten beim Tauchen von: Kohlenstoffdioxid
- Unter Wasser erhöht der Druck die Löslichkeit von CO₂ im Blut.
- Risiko einer CO₂-Vergiftung bei unzureichender Atemtechnik oder Ausrüstung.
- Wichtig: gut gewartete Ausrüstung und korrekte Atemtechniken.
4A. Beschreibe die Erscheinung von: Sauerstoff
Farb- und geruchloses Gas.
4B. Beschreibe die Entstehung von: Sauerstoff
Durch Photosynthese.
4C. Beschreibe die Konzentration in der Atemluft von: Sauerstoff
21% (20,95%)
4D. Beschreibe die Auswirkung auf den Körper durch: Sauerstoff
- Essentiell für den Stoffwechsel, Mangel führt zu Hypoxie.
- Überschuss unter hohem Druck kann zu Sauerstofftoxizität führen.
4E. Beschreibe Besonderheiten beim Tauchen von: Sauerstoff
- 4% Sauerstoff wird beim Einatmen chemisch gebunden, 17% bei der Ausatmung abgegeben.
- Wichtig für die Wiederbelebung: Sauerstoff <17% ist gesundheitsschädlich.
- Sauerstoff <10% ist lebensgefährlich.
- Sauerstoff <7% führt zu Bewusstlosigkeit und Tod.
- Symptome der Sauerstoffvergiftung: Sehstörungen, Ohrengeräusche, Übelkeit, Schwindel, Verwirrtheit, Zuckungen, Krampfanfälle und Bewusstlosigkeit.
5A. Beschreibe die Erscheinung von: Stickstoff
Farb- und geruchloses Gas
5B. Beschreibe die Entstehung von: Stickstoff
Durch die Zersetzung abgestorbener Biomasse im Boden.
5C. Beschreibe die Konzentration in der Atemluft von: Stickstoff
78%
5D. Beschreibe die Auswirkung auf den Körper durch: Stickstoff
- Stickstoff ist ein Inertgas.
- Beteiligt sich nicht an der Atmung, hat eine sauerstoffverdünnende Wirkung.
5E. Beschreibe Besonderheiten beim Tauchen von: Stickstoff
- Gelöster Stickstoff kann bei schnellem Aufstieg Dekompressionskrankheit verursachen.
- Unter Druck von 3-4 bar (27-32 Meter) kann Stickstoff narkotische Effekte (Stickstoffnarkose) hervorrufen.
6A. Beschreibe die Erscheinung von: Kohlenstoffmonoxid
Farb-, geruch- und geschmackloses Gas.
6B. Beschreibe die Entstehung von: Kohlenstoffmonoxid
Durch unvollständige Verbrennung kohlenstoffhaltiger Materialien.
6C. Beschreibe die Konzentration in der Atemluft von: Kohlenstoffmonoxid
0,5 – 5 ppm.
6D. Beschreibe die Auswirkung auf den Körper durch: Kohlenstoffmonoxid
- CO bindet an Hämoglobin, verhindert Sauerstoffaufnahme.
- Geringfügige Konzentrationserhöhung: Kopfschmerzen, Müdigkeit, Schwindel.
- Hohe Konzentrationen: Tod.
6E. Beschreibe Besonderheiten beim Tauchen von: Kohlenstoffmonoxid
- CO verdrängt Sauerstoff, bindet 250 Mal stärker an Hämoglobin als Sauerstoff.
- Wichtig: Überwachung der Luftqualität, besonders bei Tauchluft und Kompressoren.
- Welche Auswirkung hat der Luftdruck auf die maximale Tauchtiefe? Begründe.
- Luftdruck und Tauchtiefe: Mit zunehmender Tiefe steigen der Druck und der Partialdruck der Atemgase.
- Stickstoffnarkose: Ab etwa 30m Tiefe kann Stickstoff narkotische Effekte verursachen (27-32m, ~3-4bar).
- Sauerstofftoxizität: Höhere Partialdrücke von Sauerstoff können ab etwa 70m Tiefe toxisch auf das Nervensystem und die Lungen wirken.
- Dekompressionskrankheit: Beim schnellen Aufstieg können sich Blasen im Blut bilden, die gesundheitliche Probleme verursachen.
Begründung:
- Physiologische Effekte der unter Druck stehenden Atemgase begrenzen die maximale Tauchtiefe.
- Spezielle Atemgasgemische und Tauchausbildungen sind erforderlich für sicheres Tieftauchen.
- Beschreiben Sie die Eigenschaften von Wasser. Nennen Sie mind. 3 physikalische Eigenschaften.
- Dichteanomalie: Höchste Dichte bei 4°C, ungewöhnlich, da die meisten Flüssigkeiten ihre Dichte mit sinkender Temperatur erhöhen.
- Hohe spezifische Wärmekapazität: Wasser kann viel Wärme absorbieren, bevor es sich erwärmt, effektiv bei der Temperaturregulierung.
- Lichtbrechung: Unter Wasser erscheinen Objekte etwa ein Drittel größer und ein Viertel näher durch Lichtbrechung.
- Hohe Oberflächenspannung: Wasser bildet Tropfen und trägt kleine Gegenstände auf der Oberfläche.
- Hohe Oberflächenreflexion: Wasser reflektiert Licht, führt zu Glanz und Spiegelungen, Farben verblassen mit Tiefe.
- Nicht kompressibel: Wasser passt sich jeder Form an, Volumen bleibt konstant.
- Benennen und erklären Sie mindestens zwei Auswirkungen der Anomalie des Wassers auf den Taucheinsatz.
- Tauchanzugauswahl: Unterschiedliche Tauchanzüge je nach Temperaturschichten notwendig für richtige Isolierung.
- Tarierungskontrolle: Dichteänderungen des Wassers beeinflussen Tarierung, Anpassung erforderlich bei Wechsel zwischen warmen und kalten Schichten.
- Sichtverhältnisse: Schichtung beeinflusst Sicht unter Wasser, da warme, leichtere Schichten nach oben steigen und kältere, dichtere nach unten sinken.
- Welche Arten der Wärmeübertragung des menschlichen Körpers gibt es?
- Wärmeströmung/Konvektion: Übertragung durch Bewegung von Fluiden wie Luft oder Wasser (z.B. Wind, Schwimmen).
- Wärmeleitung/Konduktion: Übertragung durch direkten Kontakt zwischen Materialien unterschiedlicher Temperaturen (z.B. kalte Oberfläche).
- Strahlung: Übertragung in Form von elektromagnetischen Wellen (z.B. Infrarotstrahlung, Wärmequellen).
- Wie hoch ist die Wärmeleitfähigkeit des Wassers und welche Auswirkung hat dies auf den Taucheinsatz?
- Wärmeleitfähigkeit des Wassers: 0,6 W/(m·K), 25-mal höher als in Luft.
- Auswirkung auf Taucheinsatz: Körper kühlt etwa 4-mal schneller ab als in Luft, erhöhtes Risiko der Unterkühlung.
- Maßnahmen: Geeignete Tauchanzüge und thermische Schutzmaßnahmen wie z.B. Eisweste erforderlich.
- Benennen Sie mind. 3 Faktoren, die für Sichtverhältnisse unter Wasser entscheidend sind.
- Intensität der Sonneinstrahlung.
- Auftreffwinkel der Sonnenstrahlen.
- Transparenz des Wassers (Verunreinigung).
- Beschaffenheit des Grundes (Reflexion des Lichts).
- Wassertiefe (Absorption des Lichts).
Notiz:
- Sichtweite im Meerwasser: 50m.
- Sichtweite in See- und Flusswasser: wenige cm bis einige Meter.
- Welche Auswirkungen hat der Brechungsindex zwischen Luft und Wasser auf die Sichtverhältnisse unter Wasser?
- Durch die Taucherbrille: Luft vor dem Auge ermöglicht Sehen unter Wasser.
- Bildverschiebung: Bild trifft versetzt auf der Netzhaut ein, erscheint größer und näher.
- Verzerrung: Unter Wasser erscheint alles ein Viertel näher und ein Drittel größer.
- Wie (in welchem Winkel zur Wasseroberfläche) ist eine Lichtquelle bei einem Nachttauchgang anzubringen, um die Einstiegsstelle zu beleuchten und wie löst man dies mit Geräten aus dem Tauchdienstfahrzeug?
- Winkel: Lichtquelle im Winkel von 90° direkt auf die Wasseroberfläche richten.
- Lösungen: Einsatz von Scheinwerfern oder Strahlern an einem Beleuchtungsmast, am Fahrzeug oder durch tragbare Lichtquellen.
- Ziel: Sicherstellung einer ausreichenden Ausleuchtung der Einstiegsstelle.
- Welche Auswirkung hat das Wasser auf das Farbspektrum des Sonnenlichts?
Absorption von Licht: Wasser absorbiert Licht unterschiedlicher Wellenlängen unterschiedlich.
- Farben: Kurzwelliges Licht (Blau, Violett) wird tiefer absorbiert als langwelliges Licht (Rot, Gelb).
- Veränderung des Lichtspektrums: Rote und gelbe Töne verschwinden mit zunehmender Tiefe, Lichtspektrum wird blauer und grüner.
Absorptionstiefe:
- 5m: rot
- 15m: orange
- 30m: gelb
- 40m: grün
- 50m: blau
Ergebnis:
- Objekte erscheinen in größerer Tiefe blau-grün, blau-grau oder schwarz.
- Welche Auswirkung hat die Schallgeschwindigkeit unter Wasser auf den Menschen?
Schallgeschwindigkeit unter Wasser: Beeinflusst Schallwellenausbreitung, erschwert Kommunikation und Richtungsbestimmung.
Geschwindigkeit:
- In Luft: ca. 330 m/s.
- In Wasser: ca. 1.320 m/s.
- Wie entwickelt sich der Wasserdruck auf 20 m Tiefe, wenn man diesen am Meer, auf 500m Seehöhe oder auf 2500m Seehöhe misst? Berechne und begründe.
- Am Meer (0m Höhe): Umgebungsdruck an der Oberfläche = 1 bar.
- 20m Tiefe: 1 bar + 2 bar (20m) = 3 bar.
- Auf 500m Seehöhe: Umgebungsdruck = 0,95 bar (0,1 bar/1000m × 0,5 km = 0,05 bar).
- 20m Tiefe: 0,95 bar + 2 bar = 2,95 bar.
- Auf 2500m Seehöhe: Umgebungsdruck = 0,75 bar (0,1 bar/1000m × 2,5 km = 0,25 bar).
- 20m Tiefe: 0,75 bar + 2 bar = 2,75 bar.
Begründung:
- Pro 10m Wassertiefe nimmt der Druck um 1 bar zu.
- Pro 100m Seehöhe nimmt der Luftdruck um 0,01 bar ab.
- Welche Faustformeln kennen Sie rund um den Druck unter Wasser bzw. an der Oberfläche?
- Umgebungsdruck an der Oberfläche: ca. 1 bar.
- Pro 10m Wassertiefe: Druckzunahme um 1 bar.
- Pro 100m Seehöhe: Luftdruckabnahme um 0,01 bar.
- Auswirkungen des Archimedischen Prinzips auf den Feuerwehrtaucheinsatz
- Auftrieb: Feuerwehrtaucher müssen gegen den Auftrieb arbeiten, der durch ihre Ausrüstung und ihren Körper verursacht wird, insbesondere wenn sie schwere Ausrüstung tragen.
- Rettungsaktionen: Feuerwehrtaucher nutzen den Auftrieb, um Personen oder Gegenstände aus dem Wasser zu bergen, indem sie Schwimmkörper oder Auftriebsmittel verwenden.
- Einfluss von Schlamm: Gegenstände im Schlamm erfahren eine erhöhte Abtriebskraft, was die Bergung erschwert.
- Dichteabhängigkeit: Der Auftrieb hängt von der Dichte der Flüssigkeit und der Dichte des eingetauchten Gegenstands ab. Süßwasser hat eine Dichte von etwa 0,98 kg/dm³ und Salzwasser etwa 1,03 kg/dm³.
- Wie kann man den Auftrieb eines Körpers berechnen?
Die Formel zur Berechnung des Auftriebs lautet: FA= ρ x VF x g
FA - die Auftriebskraft ist,
ρ - die Dichte des Fluids ist,
VF - das Volumen des verdrängten Fluids und
g - die Erdbeschleunigung ist. 9,81 m/s² ~ 10 m/s²
Wenn die Dichte des Fluids und das Volumen des verdrängten Fluids bekannt sind, kann man also den Auftrieb berechnen.
- Wie verändert sich der Auftrieb einer Tarierweste in unterschiedlichen Tiefen? Berechne anhand eines Beispiels.
Angenommen, eine Tarierweste hat ein Volumen von 20 Liter (entspricht 20 kg verdrängtem Wasser) und wird auf eine Tiefe von 10 Metern Meer abgesenkt.
FA= ρ x V x g
ρ = Dichte des Wassers (etwa 1000 kg/m³)
V = Volumen des verdrängten Wassers (20 Liter oder 0,02 m³)
g = Erdbeschleunigung (etwa 9,81 m/s²) 10m/s²
FA0= 1000kg/m³⋅0,02m³⋅10m/s²≈200,0N an der Oberfläche
Gesetz von Boyle-Mariotte: P x V = const. Für die Berechnung der Verdrängung auch 10m.
P0 x V0 = P10 x V10
1bar x 20l = 2bar x V10
20/2=V10
V10= 10l = 0,01 m³
FA10= 1000kg/m³⋅0,01m³⋅10m/s²≈100,0N auf 10Meter Tiefe
- Wo finden sich Tabellen mit gängigen Dichteangaben für den Taucheinsatz
In der Einsatzleitermappe.
23A. Beschreibe das Gesetz von Boyle-Mariotte
Das Produkt von Druck (p) und Volumen (V) eines abgeschlossenen Gasvolumens ist bei konstanter Temperatur konstant:
p x V = const. (Druck x Volumen = konstant)
23B. Nennen Sie mindestens drei Auswirkung des Gesetzes von Boyle-Mariotte auf den Taucheinsatz?
- Druckveränderung: Erhöhter Umgebungsdruck mit zunehmender Tiefe.
- Luftverbrauch: Höherer Luftverbrauch in der Tiefe.
- Ausrüstung: Taucherausrüstung muss dem erhöhten Druck standhalten.
- Zusammenhang zwischen Gesetz von Boyle-Mariotte und Archimedischem Prinzip
Bei zunehmendem Druck (Boyle-Mariotte) nimmt das Gasvolumen ab, was den Auftrieb (Archimedes) verringert. Dies ist beim Tauchen wichtig, da Druckänderungen Gasvolumina und Auftrieb beeinflussen.
- Nenne Beispiele für den Zusammenhang zwischen Gesetz von Boyle-Mariotte und Archimedischem Prinzip beim Tauchen.
- Tarierweste: Komprimierte Luft in der Tiefe, Auftrieb muss durch zusätzliche Luftzufuhr erhöht werden.
- Atemregler/Taucherflasche: Mehr komprimierte Luft mit zunehmender Tiefe.
- Tauchanzug: Neoprenanzug wird komprimiert, verliert an Auftrieb und Kälteschutz.
- Beschreibe das Gesetz von Dalton
Der Gesamtdruck eines Gasgemisches ist die Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase:
Partialdruck= (Anteil des Gases [%] x Gesamtdruck) / 100%
Pges= P1+P2+P3+…
- Wovon ist die Löslichkeit des Gases in einer Flüssigkeit anhängig?
Henry’sches Gesetz: Die Menge eines gelösten Gases ist proportional zum Partialdruck des Gases über der Lösung bei konstanter Temperatur.
Die Löslichkeit eines Gases in einer Flüssigkeit hängt ab von:
- Temperatur der Flüssigkeit
- Art des Gases
- Zeit der Druckeinwirkung
- Druck, mit dem das Gas auf die Flüssigkeit wirkt
- Größe der Oberfläche der Flüssigkeit
- In welchen Fällen steigt die Sättigungsgeschwindigkeit von Gasen in Flüssigkeiten?
Die Sättigungsgeschwindigkeit steigt bei erhöhtem Druck, vergrößerter Oberfläche der Flüssigkeit, gesenkter Temperatur, längerer Druckeinwirkung und höherem Löslichkeitskoeffizienten des Gases.
- Auswirkungen des Henry’schen Gesetzes auf den Taucher
Beim Abstieg lösen sich mehr Gase im Blut, beim Auftauchen können diese ausgasen. Eine zu schnelle Dekompression kann Dekompressionskrankheiten verursachen.
30A. Gesetz von Gay-Lussac
Bei konstantem Volumen ist der Druck eines Gases proportional zur absoluten Temperatur: P1 / T1 = P2 / T2
30B. Auswirkungen von Gay-Lussac beim Tauchen
Auswirkungen auf den Taucheinsatz:
- Druckveränderungen beim Füllen und Lagern von Tauchflaschen.
- Temperaturänderungen beeinflussen den Druck des Atemgases.
- Beschreibe den Joule-Thomson-Effekt
Nicht ideale Gase kühlen sich bei Expansion ab. Für Taucher bedeutet dies, dass sich beim Entnehmen von Druckluft aus einer Tauchflasche die Luft abkühlen und der Atemregler vereisen kann.
- Beschreibe die Phasen eines Tauchganges und die wirkenden Gasgesetze
Abtauchen/Kompressionsphase
- Boyle-Mariotte: Druck- und Volumenänderung des Atemgases.
- Gay-Lussac: Temperaturänderungen beeinflussen den Druck des Atemgases.
- Henry: Beginn der Gassättigung im Körper.
Aufenthalt am Grund/Isopressionsphase
- Henry: Fortgesetzte Gassättigung des Körpers.
Auftauchen/Dekompressionsphase
- Boyle-Mariotte: Druck- und Volumenänderung des Atemgases.
- Gay-Lussac: Temperaturänderungen beeinflussen das Atemgasvolumen.
- Henry: Gase lösen sich aus dem Körper.
- Dichte von Süßwasser und Salzwasser und deren Auswirkung auf den Tauchgang
- Süßwasser: 0,98 kg/m³
- Salzwasser: 1,03 kg/m³
In Salzwasser wird mehr Gewicht benötigt, um neutral tariert zu sein.
Salzwasser hat bessere Sichtverhältnisse, kann aber zu stärkerer Korrosion führen.
- Heben eines Betonblocks im Schlamm
Aufgrund der Haftung und des Sogs im Schlamm wird mehr Auftriebskraft benötigt als bei Schotter. Mehr Luft im Hebeballon ist notwendig, um den Block zu heben.
- Wieso hebt ein Hebeballon?
Ein Hebeballon hebt, wenn die Auftriebskraft die Gewichtskraft des Objekts übersteigt. Das Unterwassergewicht ist das tatsächliche Gewicht minus dem Auftrieb im Wasser. Die Bergeleistung ist die benötigte Kraft zum Heben eines Objekts aus der Tiefe.
- Berechnung der Auftriebskraft
Formel: FA= V x ρ x g
Die Einheit der Auftriebskraft ist Newton (N).
- Berechnung der notwendigen Hebekraft für die Bergung mit einem Hebeballon
- Gewicht des zu hebenden Objekts bestimmen. FAB= ρ x V x g
- Auftrieb des zu hebenden Objekts bestimmen (Archimedes) Abziehen FAUF= ρ x V x g
- FAB – FAUF = Unterwassergewicht Notwendige Hebekraft
- Wenn Objekt im Schlamm Sog berücksichtigen = FSOG
a. Objekt im Schlamm (Sog) FSOG= PGRUND [bar] x A [cm²]
Beispiel: Druck (P) auf 4 Meter = 1 + 4bar = 1,4bar
F - Kraft, ρ - Dichte, V - Volumen, g - Erdbeschleunigung, P - Druck, A - Fläche
- Wie hoch ist der Brechungsindex von Licht beim Übertritt von Luft in Wasser? Und welche Auswirkung hat dies?
Brechungsindex:
- Der Brechungsindex von Luft zu Wasser beträgt ungefähr 1,33.
Auswirkungen:
- Licht verlangsamt sich beim Übergang von Luft zu Wasser.
- Diese Verlangsamung führt zur Brechung der Lichtstrahlen.
- Unter Wasser erscheinen Objekte ein Viertel näher und ein Drittel größer als in der Luft.
- Welche Faktoren sind für die Sichtverhältnisse im Wasser maßgeblich?
- Intensität der Sonnenstrahlung: Menge des einfallenden Lichts.
- Auftreffwinkel der Sonnenstrahlen: Abhängig vom Sonnenstand.
- Transparenz des Wassers: Verunreinigung durch Schwebstoffe.
- Beschaffenheit des Grundes: Reflexion des Lichtes.
- Wassertiefe: Lichtabsorption nimmt mit der Tiefe zu.
- Wie lautet die Formel für den Partialdruck nach Dalton?
Partialdruck= (Anteil des Gases [%] x Gesamtdruck) / 100%
42A. Ab welchem Partialdruck kommt es zu einer Sauerstoffvergiftung
Ab rund 1,7 bar
42B. In welcher Tiefe kann der kritische Partialdruck beim Atmen mit reinem Sauerstoff erreicht werden?
ca. 7 Meter.
42C. In welcher Tiefe kann es zu einer Sauerstoffvergiftung beim Atmen von Pressluft kommen?
ca. 70 Meter
- Ab welchem Partialdruck spricht man von einem Sauerstoffmangel?
Unter 0,17 bar.
- Gesetz von Henry: Die Löslichkeit des Gases in einer Flüssigkeit ist abhängig von…
- Temperatur der Flüssigkeit: Höhere Temperaturen verringern die Löslichkeit.
- Art des Gases: Unterschiedliche Gase haben unterschiedliche Löslichkeiten.
- Zeit der Druckeinwirkung: Längere Einwirkung erhöht die Löslichkeit.
- Druck: Höherer Druck erhöht die Löslichkeit.
- Oberfläche der Flüssigkeit: Größere Oberfläche erhöht die Löslichkeit.
- Was passiert bei der Dekompressionsphase nach Henry?
Gase lösen sich aus dem Körper aus.
