Anestesiologisk Fysik. ST-dag i medicinsk fysik

Transkript

1 Anestesiologisk Fysik ST-dag i medicinsk fysik

2 Anestesiologi An: Utan Aisthēsis: Känsel/-la; smärta Logi: Läran om Fysik Physis eller physikos: Natur(-ligt)

3 U = RI 1 N = 1 kg * m / s 2 P = P 1 + P P n Q = p * Δ P * r 4 / (8 * h * l) T = 2 * P * R PV = nrt N 2 O & Entonox & CO 2 Tryck Volym Temperatur Spänning Flöde Resistens Energi Vikt Viskositet Densitet Ljud Ljus, röntgen x PV = k 9.81 m/s 2 V = kt P = kt SVP H2 O = 6.3 kpa E = mc 2 1 Atm = kpa = 760 mmhg 1 Bar = 14.5 PSI 10 m H 2 O Henry Charles Boyle Dalton Fourier Pascal Ohm Poiseuille Bernoulli Reynold Gastryck Diffusion Osmos (Topp-)flöde Noggrannhet Precision Mätning

4

5 Système International d unités SI-enheter 1/ s 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 I v mol The duration of 9,192,631,770 molperiods of the Antal n radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the cesium 133 atom. Observera kilogram A = C/s 1 C = x e - Symbolen m är inte samma sak som variablen m! 1 cd = 1/683 W/sr vid 540 x Hz

6 Härledda Enheter ALLA andra! Volt =? Hastighet = l/t = km/h = m/s Volym? Liter? = 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 / s 2 * m / As = kgm 2 / As 3 1 N = Den kraft som krävs för att ge massan 1 kg en acceleration av 1 m/s 2

7 Prefix Prefix Symbol Faktor yocto- y zepto- z atto- a femto- f pico- p nano- n 10-9 micro milli- m 10-3 centi- c 10-2 deci- d 10-1 deca- da 10 1 hecto- h 10 2 kilo- k 10 3 mega- M 10 6 giga- G 10 9 tera- T peta- P exa- E zetta- Z yotta- Y 10 24

8 Mekanik Jämvikt, rörelse och krafter Kraft = N = kgm/s 2 Tryck = N/m 2 = Pa Arbete = Nm = J Energi = J Effekt = J/s = W Normalt lufttryck = kpa = 1 atm = 1013 mbar = 760 mmhg = 1033 cmh 2 O 1 Wh = 3600 Ws = 3600 J/s*s = 3600 J 1 kwh = 3600 kj = 3.6 MJ 1 J = cal 1 kwh = kcal = 4.2 kj

9 Mekanik Tyngd = kraften som orsakas av jordaccelerationen (g = 9.81 m/s 2 ) F net = ma (N = kgm/s 2 ) F grav = mg F net = F grav ma = mg a = g

10 Mekanik Energi (E)= J = Nm = kgm 2 /s 2 F=mg E p = mgy E k = ½mv 2 Energi (till skillnad från glass) är konstant och oförstörbar. Termodynamikens första lag

11 Tryck Enhet: Kraft per ytenhet = F/A = N/m 2 = Pascal = Pa Andra enheter: 1 atm = kpa = 760 mmhg = bar = m H 2 0 = 14.7 PSI Gaslagar Allmänna gaslagen: PV = nrt P totalt = P 1 + P P n Boyles lag: PV=k Charles lag: V=kT Daltons lag: P totalt =P 1 +P P n (Hg) = 13.6 g/cm 3 P 18 V 18 =k =P 0 V 0 V 0 =P 18 V 18 /P 0 V 0 =2.8*0.2/1=0.56 ml

12 Gaslagar P x V = n x R x T P = tryck (pascal) V = volym (liter) n = antal mol R = allmäna gaskonstanten (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 ( K) 1 atm (760 mmhg = kpa) Avogadros tal = x = antal partiklar i en mol P 1 P 2 P=? + =

13 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

14 Tryck Hur många cmh 2 O är 1 atmosfär? 1 atm 100 kpa = Pa = N/m kg/m 2 = l H 2 0/m 2 = 10 m 3 H 2 0/m 2 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! 1 m 2

15 Tryck, Gaser & Vätskor Henrys lag: P=K H c

16 Tryck, Gaser & Vätskor 1 bar 1 atm (1013 mbar = 1 atm) 5.3 kpa = 40 mmhg (pco 2 ) 13 kpa = 100 mmhg (po 2 ) 10 mmhg = 13.6 cm H 2 O (CVP) Sjukhuspipeline: 4 bar Instrumentluft: 12 bar Flaskor: > 100 bar (137 bar i O 2 ) Kräver regulator Kan innehålla vätska - kritisk temperatur

17 Kritisk Temperatur Den högsta temperatur vid vilken en gas över huvud taget kan förekomma i vätskeform Vid ännu högre temperatur aldrig vätska, oavsett hur högt tryck! O C N C N 2 O C CO C Entonox - 7 C (=50/50 O 2 /N 2 O)

18 Kritisk Temperatur Luft Gas 137 bar O 2 Gas 137 bar Entonox Gas 137 bar N 2 O Vätska ca 50 bar CO2 Vätska ca 50 bar

19 Gastubologi 1 Fast 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 T Långsam tömning - Antag konstant temperatur P minskar 70 ggr, då måste V öka 70 ggr 10 liters tub, alltså 700 liter syrgas 700/12 = 58 minuter 19

20 Gastubologi 2 Hur länge räcker en halvfull tub med lustgas vid 12 liter/minut? Hmm vätska Manometern visar.? 50 Bar Cylindern full!? Lustgastuber måste vägas! Gäller även CO 2 förstås 20

21 Entonox Kritisk temperatur: -7 C Under -7 C separation: Tömning av kall tub: Först kommer ren O 2 Sedan kommer ren N 2 O Farligt! < -7 C O2 gas N2O vätska Vid kall väderlek: Måste lagras inomhus (>5 C) minst 24 timmar före användning

22 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) F En yta F Blåsa upp en ballong Hjärtförstoring sämre prestanda Ytspänning i alveoler svårt öppna, lättare hålla öppet!

23 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)

24 Ångtryck, mättnadstryck Ångtryck = Vapor pressure = partialtrycket för gasformen av en vätska. Mättnadstryck (saturated vapor pressure, SVP) är ångtrycket vid jämvikt. Mättnadstrycket stiger med ökande temperatur Temperaturen då SVP är samma som omgivningstrycket: vätskans kokpunkt! Koka ägg på Mount Everest? Koka ägg i tryckkammaren? Tryckkokare? Söva i Denver?