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기체 밀도
james (211.♡.20.57)
09-11-29 00:00
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기체밀도
공기로 다이빙하는 깊은 수심의 정의는 18미터 이상을 말 합니다. 보고서에 따르면 18미터 이상에서 일부 다이버들이 질소마취의 이상을 느꼈으며, 30미터에서는 거의 대부분의 다이버 들에게서 질소마취의 반응이 나타났다고 합니다. 나이트록스(EANx), 텍딥, 트라이믹스 등의 대체기체를 이용한 깊은 수심다이빙은 이와는 다릅니다.
우리는 보일의 법칙을 통하여 압력과 기체의 부피, 나아가서 샤를의 법칙인 주변온도 등을 이해하며, 이미 기체의 밀도에 대하여 익숙해져 있습니다. 아울러 현재 우리가 사용하고 있는 일반적 개방형 호흡기의 장비는 그 기능이300미터를 넘게 되었습니다. 이제 인체에 미치는 높은 부분압 기체의 기능적 이해에 대하여 알아보겠습니다. ** 지면상 체내 반응의 내용은 줄였습니다 **
호흡 장치를 이용하여 다이빙하는 동안 여러분은 심호흡을 하면서 수심이 깊어짐에 따라 10미터에서는 두 배 30미터에서는 네 배에 해당한 공기의 밀도가 더 커짐으로 추가적인 자발적 적용이 필요하게 됩니다. 이는 호흡하는 기체가 더 걸쭉해 진다는 뜻입니다. 기체의 밀도가 높아질수록 주어진 속도에서 덜 부드럽게 흐르게 되며, 나머지 조건은 변화가 없는 경우에 속도가 증가하면 호흡 저항 역시 불균형하게 증가하게 되고, 이는 주어진 부피를 두 배 빨리 숨을 들이쉬고 내뱉는데 두 배 정도의 에너지(10미터일 경우)가 더 소요된다는 의미가 됩니다.
기체가 부드러운 통로를 통과할 때 방해 받지 않고 부드럽게 흐를(laminar flow)수 있기 때문일 수 있고, 이 말은 일반적으로 공기가 연결된 덩어리처럼 움직인다는 이야기이며, 그러나 불행하게도 다이버는 부드러운 통로로 호흡하는 것이 아니라 우리의 장비, 그리고 기관과 기관지로 호흡을 하게 됩니다. 이 부드럽지 않은 통로에서 기체와 통로 옆쪽의 마찰로 인해 흐름은 방해를 받게 되고, 이로서 중간의 공기는 옆쪽의 공기보다 더 빠르게 움직이게 되어 공기가 흐르는 방향 반대로 소용돌이를 치게 하여 저항을 증가시키게 되며, 기체의 밀도가 높으면 높을수록 주어진 흐름 속도에 더 많은 분열을 가지게 됩니다. 이를 보상하기 위해 제조업체에서는 공기의 흐름을 원할 하게 하기 위한 기능을 첨가하여 일부 보상되기도 합니다.
이 정도, 그러니까 들숨 또는 날숨 시 갭이 크지 않으면 이 저항은 세 기관지와 폐포에서 호흡을 내뱉는 동안 약간 압력을 증가시키기 때문에 좋은 점이 있기도 하고, 우리가 수면에 있건 수중에 있건 어느 정도 각 날숨 후에 공기 통로가 붕괴되지만 이 압력의 증가는 날숨 후에 이러한 붕괴가 일어나지 않도록 도와줍니다. 우리는 이 공기 통로 붕괴가 다이빙에 어떤 영향을 끼치는지에 대해 PADI 백과사전의 “신체 공기 공간의 압력 변화에 대한 신체적 반응” 들에서 더욱 자세히 알아볼 수 있습니다.
그러나 다이빙에서 이 저항은 약간의 문제가 될 수 있고, 그 이유는 더 빨리 기체가 움직일수록 기체의 밀도가 더욱 높아지고, 그럼으로 기체 통로가 더 불규칙해져서 이 난류로 발생된 저항을 극복하기 위해 더 많은 에너지를 사용해야 하기 때문입니다. 이 때문에 우리는 일부 제조업체의 진보된 레귤레이터로 다이빙할 때라도 긴장을 풀고, 에너지를 아끼고, 깊고 천천히 호흡하도록 훈련하는 것이며, 자격 있는 테크니컬 다이버들은 기체 밀도를 낮추는 헬륨기체를 호흡 기체로 사용 함으로서 이 문제에 대해 대응 하기도 합니다.
다음에 다루어질 헨리의 법칙을 들여다 보면, 여러분은 어쩌면 고체가 액체에 녹아 들어가는 것을 용해로 생각하고 있을지 모르나 기체 역시 액체 안으로 용해되며, 밀도가 높은 기체의 체내 반응에 대하여 밀도가 낮은 기체와의 다른 점을 이해할 수 있고, 높은 밀도의 체내 반응에 대한 가장 흔한 예는 탄산음료로서, 탄산음료의 뚜껑을 열면 용액 안에 녹아 든 이산화탄소가 용액 밖으로 거품과 함께 또는 소리를 내며 빠져 나오게 되고, 이는 액체가 기체를 녹이는 것, 그리고 조건이 변화할 때 용액 안에 남아있을 수 있는 기체의 양에 변화가 있게 된다는 것을 보여주는 좋은 예가 될 수 있습니다.
PADI 다이브마스터 코스에서 보다 구체적으로 기체에 따른 다이빙에 대한 적용을 제공합니다.
참고문헌: Instructor Manual(PADI)
The Encyclopedia of Recreational Diving(PADI)
Diving Knowledge Workbook(PADI)
Divemaster Manual(PADI)
스쿠바몰(그린피스) 코스디렉터 강 정훈
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