物理基礎(chǔ)知識麻醉設(shè)備學(xué)

物理基礎(chǔ)知識麻醉設(shè)備學(xué)1第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日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。Contents第一節(jié)氣體定律第二節(jié)物態(tài)的變化第三節(jié)流體的運動第四節(jié)光的吸收2第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)氣體定律一.理想氣體狀態(tài)方程氣體的量（摩爾數(shù)）壓強×體積=質(zhì)量摩爾質(zhì)量×摩爾氣體常數(shù)×溫度3第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日一.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)果和實驗數(shù)值有微小差別，溫度越低、壓強越大，出現(xiàn)的偏差越大。理想氣體狀態(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。4第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日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5第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日對理想氣體的修正量:①

分子本身所占體積－－b②

比例系數(shù)－－a（內(nèi)壓強與分子數(shù)密度之比）二.范德瓦爾斯方程6第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日修正量: ①分子本身所占體積－－b ②比例系數(shù)－－a（內(nèi)壓強與分子數(shù)密度之比）例：

二氧化碳： a=0.366J·m3/mol2 b=0.0428×10-3m3/mol； 水蒸氣： a=0.55J·m3/mol2

b=0.0305×10-3m3/mol；二.范德瓦爾斯方程7第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日范德瓦爾斯方程比理想氣體狀態(tài)方程更接近于實際情況，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’：實驗中不能實現(xiàn)二.范德瓦爾斯方程8第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日安德魯斯在不同溫度下對二氧化碳作了系統(tǒng)的等溫壓縮實驗，結(jié)果如圖。臨界點C臨界溫度Tc臨界壓強Pc臨界比容Vc三.安德魯斯實驗10℃20℃27℃31.1℃35℃50℃ABCVcPcTc9第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日把各等溫線上氣體開始液化和完全液化的各點連接起來得到曲線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”，壓縮后會依次變成液汽共存狀態(tài)，和液態(tài)。三.安德魯斯實驗10第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日在容器內(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)生的壓強和它單獨占有整個容器時所產(chǎn)生的壓強相同。

四.混合氣體的壓強11第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日威廉?亨利（WiiiiamHenry，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。”當(dāng)時這句話引起許多科學(xué)家的反對，道爾頓卻用實驗證明了它的正確性。約翰?道爾頓（JohnDalton，1766－1844）的實驗得出下列結(jié)論：某一氣體在氣體混合物中產(chǎn)生的分壓等于它單獨占有整個容器時所產(chǎn)生的壓力；而氣體混合物的總壓強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12第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日彌散：當(dāng)氣體的密度不均勻時，氣體的分壓強就會有差異，氣體分子從分壓大的地方向分壓小的地方移動。PO2=13.83kPaPO2=5.32kPa五.氣體的彌散13第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日毛細(xì)血管內(nèi)血液與組織細(xì)胞之間的物質(zhì)交換PO2=12.64kPaPO2=5.32kPa五.氣體的彌散14第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日溶解度：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。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15第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日分配系數(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)。物質(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)16第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日揮發(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)17第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日第二節(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18第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日一.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。19第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日一.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)的方法溫度面積氣流影響蒸發(fā)的三個因素加速蒸發(fā)的方法溫度補償增加蒸發(fā)表面積增大表面氣流20第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日一.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：一定壓力下，液體沸騰時的溫度。液體沸騰時，它的飽和蒸氣壓等于外部壓強，所以沸點與液面上氣體的壓強有關(guān)，壓強越大，沸點越高。21第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日一.氣化

蒸汽壓指的是在液體的表面存在著該物質(zhì)的蒸汽，這些蒸汽對液體表面產(chǎn)生的壓強就是該液體的蒸汽壓。當(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。此時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)。22第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日一.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濃度23第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日液化: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)溶點沸點臨界溫度不降溫，加壓，可液化不降溫，加壓，不可液化液態(tài)氣態(tài)沸點是隨著壓力而變化的，臨界溫度相當(dāng)于沸點的最大極限24第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日濕度：

大氣的干濕程度。用以表示大氣中水蒸氣的多少。

絕對濕度：單位體積大氣中水汽的質(zhì)量。因為測量困難，通常用單位體積大氣中水汽的壓強來表示。

相對濕度：絕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。相對濕度＝×100%絕對濕度同溫下飽和水汽壓三.濕度和濕化器25第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日濕化器：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26第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日濕化器：三.濕度和濕化器27第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日第三節(jié)液體的運動一.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。28第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日理想流體：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)的任一截面處，單位體積流體的動能、重力勢能和該點的壓強之和都相等。二.伯努利方程初始壓強重力造成的壓強差流速造成的壓強差靜壓強動壓強29第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日空吸作用：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差……流速(v)大的地方壓強(P)小。30第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日皮托管：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31第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日層流：有粘滯性的流體，在管內(nèi)流動時同一截面上各點流速不同，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。泊肅葉定律：三.層流32第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日湍流：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33第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日射流：噴射成一束流動的流體。卷吸作用：具有一定壓強的流體從細(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)34第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日附壁效應(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（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)35第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日第四節(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)對不同波長的光波吸收程度不同。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，但強烈吸收紫外線。36第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日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。利用黑色素對685nm的光波吸收最強，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37第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期日二.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度無關(guān)；在光