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(yùn)動(dòng)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(qiáng)×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(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:

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(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(qiáng)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(qiáng)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(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(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖。臨界點(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℃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(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)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(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)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?！碑?dāng)時(shí)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（JohnDalton，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(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)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(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(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(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)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(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)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(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。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(jì)中，加速蒸發(fā)的方法溫度面積氣流影響蒸發(fā)的三個(gè)因素加速蒸發(fā)的方法溫度補(bǔ)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(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。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(qiáng)就是該液體的蒸汽壓。當(dāng)溫度一定時(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)。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(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?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。

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(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。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(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。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(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)差靜壓強(qiáng)動(dòng)壓強(qiáng)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(qiáng)差……流速(v)大的地方壓強(qiáng)(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(jì)，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(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。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(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(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)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(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)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(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(qiáng)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(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(qiáng)度無關(guān)；在光