Als je een duikfles zonder ademautomaatset open draait, dan wil de perslucht, die onder een hoge druk staat, snel de fles verlaten. Maar na een paar minuten merk je dat het langzamer gaat en je ziet dat de kraan bevroren is. Ijs voorkomt dat de lucht er nog gemakkelijk uitstroomt. Zit er dan zoveel water in die fles? En waarom bevriest dat water eigenlijk?

Om antwoord op deze vraag te kunnen geven, moet je iets meer van natuurkunde weten. Laten we dat aan de hand van een voorbeeldje doen. Stel je hebt jouw autobanden op de geadviseerde bandenspanning van 2,4 bar gebracht op een mooie warme dag. De volgende dag is het een stuk kouder en je meet de bandenspanning opnieuw. Op dat moment blijkt dat de bandendruk is afgenomen naar 2,1 bar. Dat komt natuurlijk niet omdat de band lek is geraakt: de temperatuur van de lucht in de band heeft blijkbaar invloed op de luchtdruk in de band.

Er bestaat iets binnen de natuurkunde dat wel de “algemene gaswet” wordt genoemd. Veel natuurkunde leerlingen van de middelbare school kennen deze fysica wet als de wet van Boyle en Gay-Lussac. Die wet leert ons dat er een relatie bestaat tussen de druk en de temperatuur van een gas. Neemt de druk toe, dan neemt de temperatuur toe, neemt de druk af, dan neemt de temperatuur af. Andersom geldt natuurlijk ook: verwarm je een gas, dan neemt de druk toe, en vise versa. 

Wat is hier het effect van? Stel je hebt lucht van 1 bar in een injectiespuit waarvan je de uitlaat hebt dicht gestopt, dan zal de druk twee bar in de spuit bedragen wanneer je de injectiespuit voor de helft indrukt. Maar als je de temperatuur van de gas zou kunnen meten op dat moment, dan blijkt dat die ook is toegenomen ten opzichte van het moment dat de spuit nog niet was ingedrukt.

In een duikfles waarin een druk heerst van 200 bar, en waarvan je de kraan opendraait, zal de druk van de lucht in de kraan heel snel afnemen naar de druk die buiten de fles heerst: dus naar 1 bar. We verhogen hier dus niet de druk, zoals in de injectiespuit, maar verlagen hem juist. En we verlagen hem met maar liefst 200 keer. Met dat verlagen vindt dus ook een verlaging van de temperatuur plaats. Dat is de reden waarom de kraan (erg) koud wordt en zelfs gemakkelijk onder het vriespunt terecht kan komen.

Maar dat geeft natuurlijk nog geen antwoord op de vraag van het water. Komt dat water uit de fles? Het antwoord daarop is nee. Het ijs wat gevormd wordt is waterdamp dat in de omringende lucht aanwezig is. Deze lucht raakt natuurlijk ook de koude kraan en vormt daarop ijskristallen.

Maar hoe zit dat dan wanneer we duiken? Dan neemt de flesdruk in de eerste trap immers ook af van 200 bar naar ongeveer 10 bar. En in de tweede trap vindt nog een keer verval in druk plaats, al is dat minder. De eerste en tweede trappen zijn zo geconstrueerd dat zij het dalen van de temperatuur zoveel mogelijk opvangen doordat zij de temperatuur van hun omgeving snel over kunnen nemen. Vergeet daarbij niet dat het omringende medium tijdens het duiken altijd water boven de nul graden Celcius is, en geen lucht. Water heeft een veel hogere warmtecapaciteit dan lucht. Het water (zelfs relatief koud water) verwarmt daardoor de kraan, de eerste trap en de tweede trap meestal goed tot in ieder geval boven de 0 graden Celcius en is daardoor veel beter in staat dan lucht om het temperatuursverschil op te vangen.