View
9
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
ST-dag i medicinsk fysik 180406
Anestesiologisk Fysik
AnestesiologiAn: UtanAisthēsis: Känsel/-la; smärtaLogi: Läran om
Physis eller physikos: Natur(-ligt)
Fysik
U = RI
PV = nRT
6.022 x 1023 PV = kV = kTP = kT
Q = p * Δ P * r4 / (8 * h * l)
HenryCharlesBoyleDaltonFourierPascalOhmPoiseuilleBernoulliReynold
1 Atm = 101.33 kPa = 760 mmHg ≈ 1 Bar = 14.5 PSI ≈ 10 m H2O
1 N = 1 kg * m / s2
9.81 m/s2
T = 2 * P * RTryckVolymTemperaturSpänningFlödeResistensEnergiViktViskositetDensitetLjudLjus, röntgenN2O & Entonox & CO2
SVPH2O = 6.3 kPa
GastryckDiffusionOsmos(Topp-)flödeNoggrannhetPrecisionMätning
P = P1 + P2 + ... + Pn
E = mc2
SI-enheterSystème International d’unités
Enhet Symbol Storhet Variabel
meter m Längd l
kilogram kg Massa m
sekund s Tid t
ampere A (Elektrisk) ström I
kelvin K Temperatur T
candela cd Ljusstyrka Iv
mol mol Antal n
Observera• kilogram• A = C/s• Symbolen m är inte samma sak som variablen m!
1/299792458 s
The duration of 9,192,631,770 periods of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the cesium 133 atom.
1 C = 6.2415 x 1018 e-
1 cd = 1/683 W/sr vid 540 x 1012 Hz
Härledda EnheterALLA andra!
Volt = ?
= Spänningen mellan punkterna A och B = ?
= Den energi (alltså joule) som krävs för att flytta en laddning (alltså C) från punkten A till B = ?
= J / C = ?= Nm / C = ?
= kgm / s2 * m / As
Hastighet = l/t = km/h = m/s
Volym? Liter?
= kgm2 / As3
1 N = Den kraft som krävs för att ge massan 1 kg en acceleration av 1 m/s2
PrefixPrefix Symbol Faktor
yocto- y 10-24
zepto- z 10-21
atto- a 10-18
femto- f 10-15
pico- p 10-12
nano- n 10-9
micro- 10-6
milli- m 10-3
centi- c 10-2
deci- d 10-1
deca- da 101
hecto- h 102
kilo- k 103
mega- M 106
giga- G 109
tera- T 1012
peta- P 1015
exa- E 1018
zetta- Z 1021
yotta- Y 1024
MekanikJämvikt, rörelse och krafter
Tryck = N/m2 = Pa
Normalt lufttryck = 101.33 kPa = 1 atm = 1013 mbar = 760 mmHg = 1033 cmH2O
Arbete = Nm = J
Energi = J
Effekt = J/s = W
1 Wh = 3600 Ws = 3600 J/s*s = 3600 J
1 kWh = 3600 kJ = 3.6 MJ
1 J = 0.239005736 cal
1 kWh = 0.64
Kraft = N = kgm/s2
1 kcal = 4.2 kJ
MekanikTyngd = kraften som orsakas av jordaccelerationen (g = 9.81 m/s2)
Fnet = ma
Fgrav = mg
Fnet = Fgrav
ma = mg
a = g
(N = kgm/s2)
MekanikEnergi (E)= J = Nm = kgm2/s2
Energi (till skillnad från glass) är konstant och oförstörbar.
Termodynamikens första lag
F=mg
Ep = mgy
Ek = ½mv2
TryckEnhet: Kraft per ytenhet = F/A = N/m2 = Pascal = Pa
Andra enheter: 1 atm = 101.33 kPa = 760 mmHg = 1.013 bar = 10.33 m H20 = 14.7 PSI
Gaslagar• Allmänna gaslagen: PV = nRT• Ptotalt = P1 + P2 + ... +Pn
(Hg) = 13.6 g/cm3
Boyles lag: PV=kCharles lag: V=kTDaltons lag: Ptotalt=P1+P2+...+Pn
P18V18=k =P0V0
V0=P18V18/P0
V0=2.8*0.2/1=0.56 ml
Gaslagar• P x V = n x R x T P = tryck (pascal)
V = volym (liter)n = antal molR = allmäna gaskonstanten 8.314472 (J/mol x K)T = temperatur (Kelvin)
• Avogadros hypotes: Detta gäller oberoende av vilken gas (ideal)• En mol upptar 22.4 liter vid STP• STP = 0°C (273.15 K)
1 atm (760 mmHg = 101.33 kPa)• Avogadros tal = 6.022 x 1023 = antal partiklar i en mol
P1 P2 P=?
=+
Adiabatiska förändringar• Adiabatisk förändring = förändring utan värmeutbyte med omgivningen
• Adiabatisk kompression av gas – temperaturen ökar!– Cykelpump– Tryckkammaren
• Adiabatisk expansion – temperaturen minskar– Snabb tömning av gasflaska– Kryoprob
• Ovanstående är INTE en följd av gaslagarna
Tryck
1 m2
Hur många cmH2O är 1 atmosfär?
1 atm ≈ 100 kPa = 100 000 Pa = 100 000 N/m2 ≈ 10 000 kg/m2 = 10 000 l H20/m2 = 10 m3 H20/m2
1 atm = 10 meter vattenpelare
Det är inte pumpen som suger – det är lufttrycket som trycker upp vattnet
Ingen pump kan suga högre än 10 meter (vid tryck 1 atm)
Om brunn > 10 meter: pumpen måste ner i brunnen!
Tryck, Gaser & VätskorHenrys lag: P=KHc
Tryck, Gaser & Vätskor• 1 bar ≈ 1 atm (1013 mbar = 1 atm)
• Sjukhuspipeline: 4 bar• Instrumentluft: 12 bar
• Flaskor: > 100 bar (137 bar i O2)
• Kräver regulator• Kan innehålla vätska - kritisk temperatur…
• 5.3 kPa = 40 mmHg (pCO2)• 13 kPa = 100 mmHg (pO2)• 10 mmHg = 13.6 cm H2O (CVP)
Kritisk TemperaturDen högsta temperatur vid vilken en gas över huvud taget kan förekommai vätskeform
Vid ännu högre temperatur aldrig vätska, oavsett hur högt tryck!
• O2 - 183 °C• N2 - 195 °C• N2O + 36.5 °C• CO2 + 31 °C• Entonox - 7 °C
(=50/50 O2/N2O)
O2Gas
137 bar
CO2Vätska
ca 50 bar
EntonoxGas
137 bar
N2OVätska
ca 50 bar
LuftGas
137 bar
Kritisk Temperatur
19
Gastubologi 1Fast i hissen:
Hur länge räcker en halvfull 10-liters syrgastub vid 12 liter/minut?
137 / 2 = halva trycket = ca 70 bar
P x V = n x R x TLångsam tömning - Antag konstant temperatur
P minskar 70 ggr, då måste V öka 70 ggr10 liters tub, alltså 700 liter syrgas
700/12 = 58 minuter
20
Gastubologi 2Hur länge räcker en halvfull tub med lustgas vid 12 liter/minut?
Hmm… vätska…
Manometern visar…. ?50 BarCylindern full ! ?
Lustgastuber måste vägas !Gäller även CO2 förstås
Entonox• Kritisk temperatur: -7 °C
• Under -7 °C separation:
• Tömning av kall tub:Först kommer ren O2Sedan kommer ren N2O…Farligt!
• Vid kall väderlek:Måste lagras inomhus (>5°C) minst 24 timmar före användning
O2 gas
N2O vätska
< -7°C
Väggspänning (tension)• Enhet: N/m
• Cylinder: T = P x R
• Sfär: T = 1/2 x P x R
• Större radie – lägre tryck (vid samma väggspänning)Större radie – högre spänning (vid samma tryck)
• Blåsa upp en ballong• Hjärtförstoring – sämre prestanda• Ytspänning i alveoler – svårt öppna, lättare hålla öppet!
En yta
F
F
Avdunstning• Kräver energi• Ångbildningsvärme (latent heat of vaporization; ångbildningsentalpi):
den mängd energi/värme som måste tillföras en vätska för att den ska övergå till gas.
• Jämför kritisk temperatur
Vatten: Ca 2.1 MJ per kg vid 37 grader, dvs 1000 kcal per 2 kg vatten som avdunstar
Bensin förbränning ger 34.2 MJ per liter (= 8000 kcal)
Temperaturen då SVP är samma som omgivningstrycket: vätskans kokpunkt!
Ångtryck, mättnadstryckÅngtryck = Vapor pressure = partialtrycket för gasformenav en vätska.
Mättnadstrycket stiger med ökande temperatur
Koka ägg på Mount Everest?
Koka ägg i tryckkammaren?
Tryckkokare?
Söva i Denver?
Mättnadstryck (saturated vapor pressure, SVP) ärångtrycket vid jämvikt.
Recommended