Тема: "Визначення в'язкості рідини МЕТОДАМИ МЕДИЧНОГО
Віскозиметри І Стокс"
I. Актуальність теми: В'язкість крові людини в нормі 0,4-0,5,при патології коливається від 0,17 до 2,29, що позначається в реакціїосідання еритроцитів (РОЕ). Венозна кров володіє дещо більшоюв'язкістю, ніж артеріальна. При важкій фізичній роботі збільшуєтьсяв'язкість крові. Деякі інфекційні захворювання збільшують в'язкість,інші ж, наприклад, черевний тиф і туберкульоз - зменшують. Визначенняв'язкості крові у взаємозв'язку з низкою інших аналізів крові маєвелике значення для оцінки стану хворого і для постановки правильногодіагнозу по ряду хвороб.
II.Цель заняття: Вміти проводити вимірювання в'язкості кровівіскозиметрі ВК-4 і методом Стокса. Студент повинен знати природув'язкості рідин, значення коефіцієнта в'язкості, фізичну основувимірювань коефіцієнта в'язкості.
III.Оріентіровочное час для самопідготовки - 90 хвилин.
IV.Место проведення самопідготовки: кабінет кафедри. Опитування івиконання роботи - 90 хвилин.
V. Оснащення: Апаратура для ВК-4 з приладдям для визначеннякоефіцієнта в'язкості крові, скляний циліндр з гліцерином, кулька,секундомір, мікрометр.
VI.Ісходние базисні знання та вміння:
1. Вивчити теорію з навчальної літератури.
2. Опрацювати питання:
1) Що таке сила внутрішнього тертя?
2) Рівняння Ньютона для течії в'язкої рідини.
3) Залежність в'язкості рідини від температури.
4) Що таке ньютонівська і неньютоновская рідини?
5) Вивести формулу для визначення в'язкості за методом Стокса.
6) Які умови повинні виконуватися при вимірюванні в'язкості методом
Стокса?
7) Записати формулу Пуазейля.
8) Опишіть пристрій і принципи роботи медичного віскозиметра.
9) Виведіть розрахункову формулу для визначення в'язкості рідини здопомогою медичного віскозиметра.
VII. Завдання для самоперевірки і самоконтролю вихідних базисних знаньта вмінь: Завдання 2.114, 2.115, 2.117, 2.118, 2.119.
VIII. Після перевірки базисних знань переходите до вивчення наступнихматеріалів.
Основна література:
1. Н. М. Лівенцов "Курс фізики", 1978р., Ч.1, § 7.
2. А. Н. Ремізов "Медична та біологічна фізика", 1987р., С. 169 -
180.
3. М. А. Ессаулова та ін "Керівництво до лабораторних робіт". с. 94 -
98.
4. А. Н. Ремізов "Збірник задач з медичної та біологічної фізики
", 1987 р., с, 83-85.
Додаткова література:
1.0.А.Владіміров, Д. М. Ращупкин та ін" Біофізика ".
Медичний Апаратура для ВК.
1. Вивчити пристрій і принцип роботи приладу ВК-4. Апаратура для ВК-4являє собою капілярний Апаратура, призначений для вимірюваннякоефіцієнта в'язкості і розрахований на велику кількість рідини.
Рис.1
Апаратура для ВК-4 складається з двох градуйованому капілярів a1b1 іa2b2 з'єднаних з трубками 1 і 2 (рис 1). У капіляр а в набираютьдистильовану воду, яка служить еталонної рідиною. Кран 4закривається, що дозволяє набрати досліджувану рідину в другій капіляр,не, змінюючи рівень набраної води. Обидва капіляра з'єднані трійниками зкраном 4, від якого йде гумова трубка з наконечником 3.
Причиною того, що для протікання рідини або газу через трубкупотрібна деяка різниця тиску, є внутрішнє тертя.
Залежність між обсягом рідини або газу V, що протікає за час t через трубку довжиною l, і необхідної для цього різницею тисківвиражається формулою Пуазейля:
V = Qt
Де Q - обсяг рідини, що протікає через перетин трубки в 1 с,
V - об'єм рідини, що протікає через перетин трубки за t с,
R - радіус трубки,
- - градієнт тиску,
? - Коефіцієнт в'язкості рідини або газу.
Принцип дії віскозиметра ВК-4 заснований на тому, що швидкістьпросування різних рідин в капілярах з однаковим перетином при різнихтемпературах і тиску залежить від в'язкості цих рідин.
Якщо в наконечнику 3 віскозиметра ВК-4 створити розрядження, то прирівних температурах за рівні проміжки часу через капіляри рівногоперетину під дією однакової різниці тиску рідини з рівнимиобсягами, пройдуть шляху, обернено пропорційні їх в'язкості.
_
Цей висновок отримують на підставі формули Пуазейля.
Де V - об'єм досліджуваної рідини, що протікає за час t.
- обсяг дистильованої води, що протікає за той же час.
Ліві частини рівні означає рівні й праві. Після скороченнямаємо:
Відношення коефіцієнта в'язкості досліджуваної рідини до коефіцієнтав'язкості води називається відносним коефіцієнтом в'язкості:
Якщо довжину стовпа досліджуваної рідини прийняти l = 1, то відноснийкоефіцієнт в'язкості чисельно дорівнює довжині стовпа води в капілярі. Знаючизначення, можна визначити коефіцієнт в'язкості досліджуваної рідини:
2. Визначити коефіцієнт в'язкості крові. Для цього: а) Апаратура для покладіть на стіл (горизонтально); б) в капіляри віскозиметра набирається до позначки "нуль" в один - вода, а в іншій
- замінник крові. Для того щоб набрати рідину в капіляр віскозиметра потрібно: відкрити кран (створити розрядження за допомогою груші або ротом), обережно всмоктувати дистильовану воду. Для цього набирається рідина до капіляри підноситься в зігнутої скляній трубці; в) потім за допомогою іншої зігнутої трубки в капіляр 2 набрати досліджувану рідину до "нуля"; г) відкрити кран
4 і енергійно, але обережно створити розрядження в обох капілярах, коли досліджувана рідина дійде до позначки "один", припинити втягування. За цей же час вода пройде більший шлях. Подивитись до якої позначки дійшла вода і записати відносний коефіцієнт в'язкості, що дорівнює:
Так як в досвіді беремо l = 1, відносна в'язкість досліджуваної рідиничисельно дорівнює шляху, пройденого водою.
Результати вимірювань занести до таблиці:
| № | | | | | |
| п/п. | | | | | |
| | | | | | |
| 1. | | | | | |
| | | | | | |
| 2. | | | | | |
| | | | | | |
| 3. | | | | | |
Остаточний результат записати у вигляді:
4.Ізучіть метод Стокса
При русі тіла у в'язкому середовищі виникає опір.
Походження цього опору двояко. При невеликих швидкостях,коли за тілом немає вихорів, сила опору зумовлена в'язкістюрідини. Між шарами виникає сила тертя. Відповідно до закону Стоксасила опору дорівнює: F = 6? r? v, де r - радіус кульки,
V - швидкість його руху,
? - Коефіцієнт в'язкості.
Другий механізм сил опору пов'язаний з утворенням вихорів.
Частина роботи, що здійснюється при русі тіла в рідині, йде наосвіта вихорів, енергія яких переходить в тепло. Метод Стоксадозволяє визначити?. При русі в рідини на тіло діють триForces:
1. Вага кульки,де p - густина кульки.
2.Виталківающая сила,
де - щільність рідини,
- прискорення вільного падіння.
3 . Сила опору F = 6? R? V.
Перша і друга сили (вага і виштовхуюча) постійні за величиною,третій пропорційна швидкості. Під час руху кульки в рідині наступаємомент, коли всі три сили зрівнюються, і кулька починає рухатисярівномірно (!).
Умова рівномірного руху кульки:
Зробивши перетворення, обчислюємо? за такою формулою:
Швидкість двоїння кульки знаходиться:де l - шлях рівномірного кульки, t - час руху.
Метод Стокса використовується в медицині: з реакції осіданняеритроцитів (РОЕ) в плазмі крові судять про в'язкості плазми: чимв'язкість плазми більше, тим величина стовпа осіли за певний часеритроцитів менше. Для визначення коефіцієнта беруть високий циліндр здосліджуваної рідиною, на циліндрі є кільцева замітка вгорі.
Ця замітка відповідає тій висоті, де сили діють на кулькуврівноважують один одного. Крім того на відстані l від верхньої міткиє така ж метка внизу (для зручності відліку кінця падіння кульки).
Кидаємо кульку в циліндр, відзначаємо за секундоміром час t проходження нимшляху l, звідки визначаємо швидкість падіння. Діаметр кульки визначаємо за допомогою мікрометра.
5. Визначити коефіцієнт в'язкості гліцерину методом
Стокса. Для цього виміряти мікрометрів діаметр кульки і опустити його врідина, при цьому виміряти час падіння кульки між мітками на циліндрісекундоміром. Знаючи відстань між мітками і час проходження кулькоюобчислити швидкість падіння кульки:
Результати вимірювань занести до таблиці 2., обчислити коефіцієнтв'язкості рідини
(гліцерину) поформулою:
Таблиця 2.
| № | r | t | l | Ско-| | | | | | | |
| п/п | (м) | (с) | (м) | зростання | | | | | | | |
| | | | | V (м/с) | | | | | | | |
| 1. | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| 2. | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| 3. | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| 4. | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
| 5. | | | | | | | | | | | |
Досвід повторити 5 разів.
6. Провести обробку результатів вимірювань.
7. Для самоконтролю засвоєння матеріалу вирішити наступну задачу: визначити швидкість осідання еритроцитів у плазмі крові (в мм/сек) виходячи з припущення, що вони мають форму кульок діаметром 7мкм і не склеюються між собою.
IX. Завдання з УІР по темі:
1. Написання рефератів на тему: а) Які патологічні порушення призводять до зміни в'язкостікрові? б) Природа в'язкості ньютонівських рідин. в) Методи вимірювання в'язкості крові.
X. Тести для контролю вихідного рівня засвоєння теми.
X. Тест 1. Фізичний зміст коефіцієнта в'язкості рідини? а) сила тертя, віднесена до одиниці площі шару; б) міжмолекулярної взаємодії; в) передача імпульсу руху сусіднього шару; г) деформація молекул; д) градієнт швидкості.
Тест 2. Метод Стокса - вимірювання в'язкості крові має недоліки? а) погана точність вимірювання; б) складність вимірювання та розрахунку; в) великий об'єм крові; г) залежність в'язкості від температури; д) застосуємо для ньютонівських рідин (кров неньютоновскаярідина).
Тест 3. Формула Пуазейля для труби змінного перетину. a)
b) V = Q t
c)
d)
e)
Тест 4. Які умови повинні виконуватися при вимірюванні в'язкостіметодом Гесса? а) діаметри капілярів рівні, швидкості і час проходження рідинпо капілярах рівні; б) довжини капілярів і час просування рідин по них рівні; в) градієнти тиску в капілярах рівні; г) рідини мають бути ньютонівських.
Тест 5. Які сили діють між молекулами?
а) магнітні; б) електромагнітні; в) електричні; г) Ван-дер-Ваальса; д) а) сила тяжіння; б) Архімедова сила; в) сила Стокса;
Питання для визначення ступеня засвоєння теми:
1. Яка природа сил взаємодії молекул.
2. Яке протягом рідини називають ламінарним, турбулентним?
3. Що таке гідравлічний опір?
4. Що називається нормальної та аномальної в'язкістю рідини? Яка природа неньютоновскіх рідин?
5. Який зв'язок між рухливістю молекул, їх середнім часом осілого життя, тобто часом релаксації і в'язкістю рідини?
6. До яких рідин належить кров?
7. Що називається питомою в'язкістю розчину?
8. Що називається характеристичної в'язкістю розчину?
Захистити лабораторну роботу на оцінку.
-----------------------< br>
< p>
