物理基礎(chǔ)知識麻醉設(shè)備學(xué)_第1頁
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文檔簡介

1、物理基礎(chǔ)知識,麻 醉 設(shè) 備 學(xué),主講:安醫(yī)附院醫(yī)學(xué)工程部 何文勝,2,Contents,本章學(xué)習(xí)在呼吸治療及吸入麻醉工作中,經(jīng)常遇到的一些相關(guān)物理學(xué)問題。,3,第一節(jié) 氣體定律,一. 理想氣體狀態(tài)方程,氣體的量(摩爾數(shù)),,,4,一.理想氣體狀態(tài)方程,理想氣體:只考慮分子間相互碰撞,不考慮其他相互作用,分子體積體積和分子間引力忽略不計。誤 差: 計算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)值有微小差別,溫度越低、壓強(qiáng)越大,出現(xiàn)的偏差越大。理想氣體

2、狀態(tài)方程的缺陷:① 氣體分子本身占有一定體積;② 分子間存在相互作用力。,5,1873年, 36歲的荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)范德瓦爾斯以博士論文“論物質(zhì)液態(tài)和氣態(tài)的連續(xù)性” 獲得荷蘭萊頓大學(xué)博士學(xué)位,論文中考慮了實(shí)際氣體分子間作用力和分子體積兩個因素,將理想氣體物態(tài)方程加以修正,得出了近似描述實(shí)際氣體性質(zhì)的物態(tài)方程即范德瓦爾斯方程。 1910年,范德瓦爾斯73歲,榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。,二.范德瓦爾斯方程,6,對理想氣體的修正

3、量:① 分子本身所占體積--b② 比例系數(shù)--a(內(nèi)壓強(qiáng)與分子數(shù)密度之比),二.范德瓦爾斯方程,7,修正量:①分子本身所占體積--b②比例系數(shù)--a(內(nèi)壓強(qiáng)與分子數(shù)密度之比)例: 二氧化碳:a=0.366 J·m3/mol2b=0.0428×10-3 m3/mol;水蒸氣:a=0.55 J·m3/mol2b=0.0305×10-3 m3/mol;,二.

4、范德瓦爾斯方程,8,范德瓦爾斯方程比理想氣體狀態(tài)方程更接近于實(shí)際情況,但也不是絕對準(zhǔn)確,它是關(guān)于V的三次代數(shù)方程。A→A’:汽→(壓縮)→過飽和蒸汽B →B’:液態(tài)→(減壓膨脹) →過熱液體A‘-B’:實(shí)驗(yàn)中不能實(shí)現(xiàn),二.范德瓦爾斯方程,9,安德魯斯在不同溫度下對二氧化碳作了系統(tǒng)的等溫壓縮實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖?!∨R界點(diǎn)C臨界溫度Tc臨界壓強(qiáng)Pc臨界比容Vc,三.安德魯斯實(shí)驗(yàn),10,把各等溫線上氣體開始液化和完全液化的各點(diǎn)連

5、接起來得到曲線ABC,曲線ABC和臨界溫度(31.1℃)等溫線把P-V圖分成四個區(qū)域?!≡谂R界溫度以上,單純靠壓縮是不能使它液化的,稱為“氣”。臨界溫度以下的氣體,稱為“汽”,壓縮后會依次變成液汽共存狀態(tài),和液態(tài)。,三.安德魯斯實(shí)驗(yàn),11,在容器內(nèi)的氣體混合物中,如果各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),則每一種氣體都均勻地分布在整個容器內(nèi),它所產(chǎn)生的壓強(qiáng)和它單獨(dú)占有整個容器時所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。,四.混合氣體的壓強(qiáng),12,威廉?亨利(Wiiiia

6、m Henry,1774-1836,英國化學(xué)家) “每一種氣體對于另一種氣體來說,等于是一種真空?!碑?dāng)時這句話引起許多科學(xué)家的反對,道爾頓卻用實(shí)驗(yàn)證明了它的正確性。約翰?道爾頓(John Dalton,1766-1844 )的實(shí)驗(yàn)得出下列結(jié)論:某一氣體在氣體混合物中產(chǎn)生的分壓等于它單獨(dú)占有整個容器時所產(chǎn)生的壓力;而氣體混合物的總壓強(qiáng)等于其中各氣體分壓之和。這就是氣體分壓定律 。,四.混合氣體的壓強(qiáng),13,彌散: 當(dāng)氣體的密

7、度不均勻時,氣體的分壓強(qiáng)就會有差異,氣體分子從分壓大的地方向分壓小的地方移動。,五.氣體的彌散,14,五.氣體的彌散,15,溶解度: 在一定溫度與壓力條件下,當(dāng)液面上的氣體和溶解的氣體達(dá)到平衡時,該氣體在液體中的濃度?!〕S?00ml液體中能溶解氣體體積的ml數(shù)表示,寫成vol%。如37℃,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,100ml血中所能溶解的氧化亞氮濃度為0.468ml,故氧化亞氮的溶解度為0.468vol%?!〈蠖鄶?shù)氣體的溶解度隨溫度升高

8、而減小,隨壓力增大而增大。,六.氣體在液體中的溶解度,16,分配系數(shù): 在一定溫度下,某一物質(zhì)在兩相中處于動態(tài)平衡時,該物質(zhì)在這兩相中的濃度比值稱為分配系數(shù)?!∥镔|(zhì)在兩種不相混的溶劑中平衡時的濃度比。例如要比較一種物質(zhì)在油與水中的可溶性,可以用油/水分配系數(shù)來表示——分配系數(shù)越大,油溶性越大。,七.分配系數(shù),17,揮發(fā)性麻醉藥經(jīng)肺泡進(jìn)入血液,可把肺泡氣和血液看成互相鄰接的氣、液兩相,當(dāng)其在兩相中處于動態(tài)平衡時,這兩相中麻醉藥

9、的濃度比值就稱為該麻醉藥的血/氣分配系數(shù)?!±缍鞣樵?7 ℃時的血/氣分配系數(shù)是1.9,即表示溶解在血中的濃度是肺泡中濃度的1.9倍。,七.分配系數(shù),18,第二節(jié) 物態(tài)的變化,相變:物質(zhì)在固、液、氣三種狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)變。,19,一.氣化,蒸發(fā):在液體表面發(fā)生的氣化現(xiàn)象。 可在任何溫度發(fā)生。蒸發(fā)的發(fā)生是由于液體粒子流動時互相發(fā)生不同程度的碰撞,這些碰撞使接近液體表面的粒子擁有足夠能量從液體中逃逸出去,做成蒸發(fā)現(xiàn)象。植

10、物葉片氣孔中水份的蒸發(fā)叫蒸騰。在水文學(xué)中,把蒸發(fā)和蒸騰合稱蒸散。,20,一.氣化,影響蒸發(fā)的因素 與麻醉蒸發(fā)器設(shè)計中,加速蒸發(fā)的方法,21,一.氣化,沸騰: 一定溫度下,在液體表面和內(nèi)部同時進(jìn)行的汽化。沸點(diǎn):一定壓力下,液體沸騰時的溫度?!∫后w沸騰時,它的飽和蒸氣壓等于外部壓強(qiáng),所以沸點(diǎn)與液面上氣體的壓強(qiáng)有關(guān),壓強(qiáng)越大,沸點(diǎn)越高。,22,一.氣化,蒸汽壓指的是在液體的表面存在著該物質(zhì)的蒸汽,這些蒸汽對液

11、體表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)就是該液體的蒸汽壓?!‘?dāng)溫度一定時,汽相壓力最終將穩(wěn)定在一個固定值,這時的汽相壓力稱為水在該溫度下的飽和蒸汽壓?!〈藭r液相的水分子仍然不斷地氣化,汽相的水分子也不斷地冷凝成液體,只是由于水的氣化速度等于水蒸汽的冷凝速度,液體量才沒有減少,氣體量也沒有增加,液體和氣體達(dá)到平衡狀態(tài)?!★柡驼羝麎菏俏镔|(zhì)的一個重要性質(zhì),它的大小取決于物質(zhì)的本性和溫度。 飽和蒸汽壓越大,表示該物質(zhì)越容易揮發(fā)。,23,一.氣化,大部分麻醉蒸發(fā)

12、器,所用的麻醉藥物在室溫下呈液態(tài)。它們控制輸出麻醉藥濃度的原理就是:麻醉藥的飽和蒸汽與氧氣按比例混合。調(diào)節(jié)這一比例系統(tǒng),即可調(diào)節(jié)麻醉藥的濃度。,飽和蒸氣,液體麻醉劑,氧氣,按比例混合,麻醉蒸發(fā)室的基本原理,合適的麻醉藥濃度,24,液化: 物質(zhì)從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。也稱凝結(jié)。,二.液化,液化的臨界溫度,,沸點(diǎn)是隨著壓力而變化的,臨界溫度相當(dāng)于沸點(diǎn)的最大極限,25,濕度: 大氣的干濕程度?!∮靡员硎敬髿庵兴魵獾亩嗌??! 〗^對

13、濕度:單位體積大氣中水汽的質(zhì)量。因?yàn)闇y量困難,通常用單位體積大氣中水汽的壓強(qiáng)來表示?! ∠鄬穸龋航^對濕度與同溫下飽和水汽壓的百分比。相對濕度越大表示離飽和狀態(tài)越近。,三.濕度和濕化器,26,濕化器:水容器型濕化器:將水加熱,產(chǎn)生水蒸氣,然后同吸入氣流帶入呼吸道。凝聚型濕化器:如人工鼻,在氣管導(dǎo)管內(nèi)裝置10層以上金屬網(wǎng),呼出氣流通過金屬網(wǎng)冷凝成水,附著在網(wǎng)架上,同時產(chǎn)生熱,濕度升高。吸氣時吸入氣體將部分重新蒸發(fā)的水汽帶入

14、呼吸道。但吸入氣的濕度僅為呼出氣的58%,效率較低。霧化器:利用高速氣流(氧或壓縮空氣)通過噴嘴時產(chǎn)生的  作用將液體吸入。,三.濕度和濕化器,27,濕化器:,三.濕度和濕化器,28,第三節(jié) 液體的運(yùn)動,一.連續(xù)性方程:穩(wěn)定流動的不可壓縮液體,在同樣時間內(nèi)渡過兩截面的流體體積相等。,由連續(xù)性方程可知:同一管內(nèi)各橫截面的流量相等;流速和管的橫截面積成反比。,29,理想流體: 不可壓縮、無沾滯性的流體。,理想流體作穩(wěn)定流動時,流管內(nèi)

15、的任一截面處,單位體積流體的動能、重力勢能和該點(diǎn)的壓強(qiáng)之和都相等。,二.伯努利方程,初始壓強(qiáng),重力造成的壓強(qiáng)差,流速造成的壓強(qiáng)差,動壓強(qiáng),30,空吸作用:,二.伯努利方程,根據(jù)連續(xù)性方程,截面積小的地方流速大。高度相等,不存在重力造成的壓強(qiáng)差……流速(v)大的地方壓強(qiáng)(P)小。,31,皮托管: 是一種常用的流速計,可用來測量液體和氣體的流速。,二.伯努利方程,32,層流:有粘滯性的流體,在管內(nèi)流動時同一截面上各點(diǎn)流速不同,管中

16、央軸線處流速最大,越靠近管壁流速越小,與管壁連接處為零。,泊肅葉定律:,三.層流,33,湍流:當(dāng)流體在管道里的流速超過一定數(shù)值時,流體不再保持分層流動,流體各部分互相混雜,形成漩渦,流線變得不規(guī)則。在管道內(nèi)造成湍流出現(xiàn)的因素Re稱為雷諾(Renault )數(shù)Re <1000時,流體作層流Re >1500時,流體作湍流1000 < Re < 1500時,流動不穩(wěn)定,四.湍流,34,射流:噴射成一束流動的流體。

17、卷吸作用:具有一定壓強(qiáng)的流體從細(xì)小的噴嘴中噴出時,流束兩側(cè)的靜止氣體被高速流動的射流所帶動,一部分氣體隨射流流動。附壁效應(yīng):,附壁效應(yīng),附壁效應(yīng)油脂分離器,五.射流的附壁效應(yīng),35,附壁效應(yīng)也叫柯恩達(dá)效應(yīng)。 流體 (水流或氣流)有離開本來的流動方向,改為隨著凸出的物體流動的傾向。 當(dāng)流體與它流過的物體表面之間存在摩擦?xí)r,流體的流速會減慢。只要物體表的曲率不是太大,依據(jù)流體力學(xué)中的伯努利原理,流速的減緩會導(dǎo)致流體被吸附在物體

18、表面上流動。 這種作用是以羅馬尼亞發(fā)明家亨利·康達(dá)為名。亨利·康達(dá)發(fā)明的一架飛機(jī)(康達(dá)-1910)曾經(jīng)因這種效應(yīng)墮毀,之后他便致力于這方面的研究。,五.射流的附壁效應(yīng),36,第四節(jié) 光的吸收,光的吸收: 當(dāng)光通過物質(zhì)時,由于光波和物質(zhì)的相互作用,一部分能量被散射,另一部分能量被吸收轉(zhuǎn)換成其他形式能量,導(dǎo)致光波在進(jìn)行方向上的強(qiáng)度降低。選擇性吸收: 物質(zhì)對光波的吸收具有選擇性,即同一種物質(zhì)對不同波長的

19、光波吸收程度不同?!±?,通過綠色玻璃,只有綠色光能夠透過,其余顏色的光大部分被吸收。無色玻璃可以通過各種顏色的可見光,但強(qiáng)烈吸收紫外線。,37,麻醉氣體對紅外線具有選擇性吸收性質(zhì),臨床上用紅外線氣體分析儀監(jiān)測麻醉氣體的濃度?!±煤谏貙?85nm的光波吸收最強(qiáng),而皮膚其他組織吸收較弱,這一原理用以激光美容。,一.選擇性吸收,38,二.朗伯—比爾定律,朗伯(Lambert)定律闡述為: 光被透明介質(zhì)吸收的比例與入射光的強(qiáng)度無

20、關(guān);在光程上每等厚層介質(zhì)吸收相同比例值的光。比爾(Beer)定律闡述為: 光被吸收的量正比于光程中產(chǎn)生光吸收的分子數(shù)目。朗伯—比爾定律:,A--吸光度Iout/Iin--透射比Iout--透射光強(qiáng)度Iin--入射光強(qiáng)度K--吸收系數(shù)C--吸光物質(zhì)的濃度 L--為吸收層厚度,39,在公式A=KCL中,如果K和L固定不變,則A與L成正比。檢測透射光的強(qiáng)度,就可以計算出吸光溶液的濃度。,二.朗伯—比爾定律,朗

21、伯—比爾定律在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中應(yīng)用十分廣泛。從分光光度計到生化分析儀,絕大部分關(guān)于濃度的檢測都是基于這一原理。,40,光的選擇性吸收和朗伯比爾定律在臨床麻醉監(jiān)測儀器中有著重要的應(yīng)用:1.用紅外線氣體分析儀監(jiān)測麻醉氣體濃度2.利用腦紅外光譜監(jiān)測腦氧飽和度3.脈搏血氧計監(jiān)測脈搏血氧飽和度,紅外線氣體分析儀,血氧飽和度監(jiān)測,二.朗伯—比爾定律,41,習(xí)題,1.為加速液體蒸發(fā)所采取的措施,下列哪項(xiàng)錯誤?A提高溫度B增加液體表面積C增加

22、表面氣流D降低氣壓E提高氣體濕度,答案:E,42,習(xí)題,2.可以提高氣體在液體中的物理溶解量的是( )。A減少氣體壓強(qiáng)B增大氣體壓強(qiáng)C降低溫度D提高溫度E擴(kuò)大液體表面積,答案:B,43,習(xí)題,3.麻醉蒸發(fā)器中裝有棉線等織物制成的吸液芯的作用是( )。A節(jié)約藥液B防止液體晃動C溫度補(bǔ)償D增加蒸發(fā)表面積E過濾通過的氣體,答案:D,Add your company slogan,Thank You !,何文勝201

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