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文檔簡(jiǎn)介

1、麻麻 醉醉 設(shè)設(shè) 備備 學(xué)學(xué)主講:安主講:安醫(yī)大二附院醫(yī)大二附院 醫(yī)療保障部醫(yī)療保障部李加榮李加榮物理基礎(chǔ)知識(shí)2Contents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。有助于本課程的學(xué)習(xí),以及對(duì)相關(guān)設(shè)備工作原理的深入理解。本章內(nèi)容只需要了解,不需要掌握。Contents第一節(jié) 氣 體 定 律第二節(jié) 物態(tài)的變化第三節(jié) 流體的運(yùn)動(dòng)第四節(jié) 光 的 吸 收物理基礎(chǔ)知識(shí)3第一節(jié) 氣體定律一. 理想氣體狀態(tài)方程RTMPV氣體的量(摩爾數(shù))壓強(qiáng)體積 = 質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾氣體常數(shù)溫度物理基礎(chǔ)知識(shí)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

2、子間引力忽略不計(jì)。誤 差: 計(jì)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。理想氣體狀態(tài)方程的缺陷:氣體分子本身占有一定體積;分子間存在相互作用力。物理基礎(chǔ)知識(shí)51873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(gè)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(jiǎng)。二.范德瓦爾斯方程物理基礎(chǔ)知識(shí)6對(duì)理想氣體的修正量:分子本身所占體積b比例系數(shù)a(內(nèi)壓強(qiáng)與分子數(shù)密度之比)RTMbMV

3、VMP222二.范德瓦爾斯方程物理基礎(chǔ)知識(shí)7修正量:分子本身所占體積b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 Jm3/mol2b=0.042810-3 m3/mol;水蒸氣:a=0.55 Jm3/mol2b=0.030510-3 m3/mol;二.范德瓦爾斯方程物理基礎(chǔ)知識(shí)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(duì)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.范德瓦爾斯方程物理基礎(chǔ)知識(shí)9安德魯斯在不同溫度下對(duì)二氧化碳作了系統(tǒng)的等溫壓縮實(shí)驗(yàn),結(jié)果如圖。臨界點(diǎn)C臨界溫度Tc臨

4、界壓強(qiáng)Pc臨界比容Vc三.安德魯斯實(shí)驗(yàn)10202731.13550ABCVcPcTc物理基礎(chǔ)知識(shí)10把各等溫線上氣體開始液化和完全液化的各點(diǎn)連接起來得到曲線ABC,曲線ABC和臨界溫度(31.1)等溫線把P-V圖分成四個(gè)區(qū)域。在臨界溫度以上,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(huì)依次變成液汽共存狀態(tài),和液態(tài)。三.安德魯斯實(shí)驗(yàn)物理基礎(chǔ)知識(shí)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(gè)容器內(nèi),它所產(chǎn)生的壓強(qiáng)和它單獨(dú)占有整個(gè)容器時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。 四.混合氣體的壓強(qiáng)物理基礎(chǔ)知識(shí)12威廉亨利(William Henr

5、y ,1774-1836,英國(guó)化學(xué)家) “每一種氣體對(duì)于另一種氣體來說,等于是一種真空?!碑?dāng)時(shí)這句話引起許多科學(xué)家的反對(duì),道爾頓卻用實(shí)驗(yàn)證明了它的正確性。約翰道爾頓(John Dalton,17661844 )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(gè)容器時(shí)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)物理基礎(chǔ)知識(shí)13彌散:當(dāng)氣體的密度不均勻時(shí),氣體的分壓強(qiáng)就會(huì)有差異,氣體分子從分壓大的地方向分壓小的地方移動(dòng)。PO2=13.83kPaPO2=5.32kPa五.氣體的彌散物理基礎(chǔ)知識(shí)14毛細(xì)血管內(nèi)血液毛細(xì)血管內(nèi)血液與組

6、織細(xì)胞之間的物質(zhì)交換與組織細(xì)胞之間的物質(zhì)交換PO2=12.64kPaPO2=5.32kPa五.氣體的彌散物理基礎(chǔ)知識(shí)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(shí),該氣體在液體中的濃度。常用100ml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%。大多數(shù)氣體的溶解度隨溫度升高而減小,隨壓力增大而增大。六.氣體在液體中的溶解度物理基礎(chǔ)知識(shí)16分配系數(shù):在一定溫度下,某一物質(zhì)在兩相中處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí),該物質(zhì)在這兩相中的濃度比值稱為分配系數(shù)。物質(zhì)在兩種不相混的溶

7、劑中平衡時(shí)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)物理基礎(chǔ)知識(shí)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(dòng)態(tài)平衡時(shí),這兩相中麻醉藥的濃度比值就稱為該麻醉藥的血/氣分配系數(shù)。例如恩氟烷在37 時(shí)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)物理基礎(chǔ)知識(shí)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。氣液固氣化液化凝固溶化凝華升華物理基礎(chǔ)知識(shí)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

8、粒子流動(dòng)時(shí)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。物理基礎(chǔ)知識(shí)20一.氣化影響蒸發(fā)的因素 與麻醉蒸發(fā)器設(shè)計(jì)中,加速蒸發(fā)的方法影響蒸發(fā)的三個(gè)因素加速蒸發(fā)的方法物理基礎(chǔ)知識(shí)21一.氣化沸騰:一定溫度下,在液體表面和內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行的汽化。沸點(diǎn):一定壓力下,液體沸騰時(shí)的溫度。液體沸騰時(shí),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。物理基礎(chǔ)知識(shí)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(duì)液體表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)就是該液體的蒸汽壓。當(dāng)溫

9、度一定時(shí),汽相壓力最終將穩(wěn)定在一個(gè)固定值,這時(shí)的汽相壓力稱為水在該溫度下的飽和蒸汽壓。此時(shí)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)。飽和蒸汽壓是物質(zhì)的一個(gè)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)。物理基礎(chǔ)知識(shí)23一.氣化大部分麻醉蒸發(fā)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

10、濃度物理基礎(chǔ)知識(shí)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固態(tài)溶點(diǎn)沸點(diǎn)臨界溫度不降溫,加壓,可液化不降溫,加壓,不可液化液態(tài)氣態(tài)沸點(diǎn)是隨著壓力而變化的,臨界溫度相當(dāng)于沸點(diǎn)的最大極限物理基礎(chǔ)知識(shí)25濕度:大氣的干濕程度。用以表示大氣中水蒸氣的多少。絕對(duì)濕度:?jiǎn)挝惑w積大氣中水汽的質(zhì)量。因?yàn)闇y(cè)量困難,通常用單位體積大氣中水汽的壓強(qiáng)來表示。相對(duì)濕度:絕對(duì)濕度與同溫下飽和水汽壓的百分比。相對(duì)濕度越大表示離飽和狀態(tài)越近。相對(duì)濕度相對(duì)濕度 100%絕對(duì)濕度絕對(duì)濕度同溫下飽和水汽壓同溫下飽和水汽壓三.濕度和濕化器物理基礎(chǔ)知識(shí)26濕化器:1.水容器型濕化器:將水加熱,產(chǎn)生水蒸氣,然后

11、同吸入氣流帶入呼吸道。2.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(shí)產(chǎn)生熱,濕度升高。吸氣時(shí)吸入氣體將部分重新蒸發(fā)的水汽帶入呼吸道。但吸入氣的濕度僅為呼出氣的58%,效率較低。3.霧化器:利用高速氣流(氧或壓縮空氣)通過噴嘴時(shí)產(chǎn)生的作用將液體吸入。三.濕度和濕化器物理基礎(chǔ)知識(shí)27濕化器:三.濕度和濕化器物理基礎(chǔ)知識(shí)28第三節(jié) 液體的運(yùn)動(dòng)一.連續(xù)性方程:穩(wěn)定流動(dòng)的不可壓縮液體,在同樣時(shí)間內(nèi)渡過兩截面的流體體積相等。1221SSvv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。物理基礎(chǔ)知識(shí)29理想流體:不可壓縮

12、、無沾滯性的流體。理想流體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),流管內(nèi)的任一截面處,單位體積流體的動(dòng)能、重力勢(shì)能和該點(diǎn)的壓強(qiáng)之和都相等。常量ghvP221二.伯努利方程初始?jí)簭?qiáng)重力造成的壓強(qiáng)差流速造成的壓強(qiáng)差靜壓強(qiáng)動(dòng)壓強(qiáng)物理基礎(chǔ)知識(shí)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。常量221vP物理基礎(chǔ)知識(shí)31皮托管:是一種常用的流速計(jì),可用來測(cè)量液體和氣體的流速。二.伯努利方程物理基礎(chǔ)知識(shí)32層流:有粘滯性的流體,在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)同一截面上各點(diǎn)流速不同,管中央軸線處流速最大,越靠近管壁流速越小,與管壁連接處為零。RPlPrQ84泊肅葉定律:

13、三.層流48rlR流阻壓強(qiáng)差流量物理基礎(chǔ)知識(shí)33湍流:當(dāng)流體在管道里的流速超過一定數(shù)值時(shí),流體不再保持分層流動(dòng),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(shí),流體作層流Re 1500時(shí),流體作湍流1000 Re 1500時(shí),流動(dòng)不穩(wěn)定eRvr四.湍流物理基礎(chǔ)知識(shí)34射流:噴射成一束流動(dòng)的流體。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(shí),流束兩側(cè)的靜止氣體被高速流動(dòng)的射流所帶動(dòng),一部分氣體隨射流流動(dòng)。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)物理基礎(chǔ)知識(shí)35 附壁效應(yīng)也叫柯恩達(dá)效應(yīng)。 流體 (水流或氣

14、流)有離開本來的流動(dòng)方向,改為隨著凸出的物體流動(dòng)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(huì)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(huì)導(dǎo)致流體被吸附在物體表面上流動(dòng)。 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)物理基礎(chǔ)知識(shí)36第四節(jié) 光的吸收光的吸收:當(dāng)光通過物質(zhì)時(shí),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(duì)光波的吸收具有選擇性,即同一種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光

15、波吸收程度不同。例如,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。物理基礎(chǔ)知識(shí)37麻醉氣體對(duì)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(cè)麻醉氣體的濃度。利用黑色素對(duì)685nm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.選擇性吸收選擇性吸收物理基礎(chǔ)知識(shí)38二二. .朗伯朗伯比爾定律比爾定律朗伯(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:KCLIIAinout lgA吸光度Iout/Iin透射比Iout透射光強(qiáng)度Iin入射光強(qiáng)度吸收系數(shù)吸光物質(zhì)的濃度 為吸收層厚度 物理基礎(chǔ)知識(shí)39在公式AKCL中,如果K和L固定不變,則A與L成正比。檢測(cè)透射光的強(qiáng)度,就可以計(jì)算出吸光溶液的濃度。二二. .朗伯朗伯比爾定律比爾定律inoutLC朗伯比爾定律在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中應(yīng)用十分廣泛。從分光光度計(jì)到生化分析儀,絕大部分關(guān)于濃度的檢測(cè)都是基于這一原理。物理基礎(chǔ)知識(shí)40光的選擇性吸收和朗伯比爾定律在臨床麻醉監(jiān)測(cè)儀器中有著重要的應(yīng)用:1.用紅外線氣體分析儀監(jiān)測(cè)麻醉氣體濃度2.利用腦紅外光譜監(jiān)測(cè)腦氧飽和度3.脈搏血氧計(jì)監(jiān)測(cè)脈搏血氧飽和度紅外線氣體分析儀血

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