Ташкетская медицинская академия

Ташкетская медицинская академия

№1 Самосто2.Явление поверхностного натяжения и его использование в медициниеятельная работа, подготовленная Маликой Умуркуловой, студенткой лечебного факультета 1 курса 101 группы по предмету Биофизика

юю
Проверено:В.П.УБАЙДУЛЛАЕВА
Планы:
1.Пове́рхностное натяже́ние
2.Проявления
3.2.Явление поверхностного натяжения и его использование в медициние
4. Тесты
5. Литература

Явление поверхностного натяжения и его использование в медициние

Молекулы жидкости испытывают силы взаимного притяжения — на самом деле, именно благодаря этому жидкость моментально не улетучивается. На молекулы внутри жидкости силы притяжения других молекул действуют со всех сторон и поэтому взаимно уравновешивают друг друга. Молекулы же на поверхности жидкости не имеют соседей снаружи, и результирующая сила притяжения направлена внутрь жидкости. В итоге вся поверхность воды стремится стянуться под воздействием этих сил. По совокупности этот эффект приводит к формированию так называемой силы поверхностного натяжения, которая действует вдоль поверхности жидкости и приводит к образованию на ней подобия невидимой, тонкой и упругой пленки.

Одним из следствий эффекта поверхностного натяжения является то, что для увеличения площади поверхности жидкости — ее растяжения — нужно проделать механическую работу по преодолению сил поверхностного натяжения. Следовательно, если жидкость оставить в покое, она стремится принять форму, при которой площадь ее поверхности окажется минимальной. Такой формой, естественно, является сфера — вот почему дождевые капли в полете принимают почти сферическую форму (я говорю «почти», потому что в полете капли слегка вытягиваются из-за сопротивления воздуха). По этой же причине капли воды на кузове покрытого свежим воском автомобиля собираются в бусинки.

Силы поверхностного натяжения используются в промышленности — в частности, при отливке сферических форм, например ружейной дроби. Каплям расплавленного металла просто дают застывать на лету при падении с достаточной для этого высоты, и они сами застывают в форме шариков, прежде чем упадут в приемный контейнер.

Можно привести много примеров сил поверхностного натяжения в действии из нашей будничной жизни. Под воздействием ветра на поверхности океанов, морей и озер образуется рябь, и эта рябь представляет собой волны, в которых действующая вверх сила внутреннего давления воды уравновешивается действующей вниз силой поверхностного натяжения. Две эти силы чередуются, и на воде образуется рябь, подобно тому как за счет попеременного растяжения и сжатия образуется волна в струне музыкального инструмента.

Будет жидкость собираться в «бусинки» или ровным слоем растекаться по твердой поверхности, зависит от соотношения сил межмолекулярного взаимодействия в жидкости, вызывающих поверхностное натяжение, и сил притяжения между молекулами жидкости и твердой поверхностью. В жидкой воде, например, силы поверхностного натяжения обусловлены водородными связями между молекулами (см. Химические связи). Поверхность стекла водой смачивается, поскольку в стекле содержится достаточно много атомов кислорода, и вода легко образует гидрогенные связи не только с другими молекулами воды, но и с атомами кислорода. Если же смазать поверхность стекла жиром, водородные связи с поверхностью образовываться не будут, и вода соберется в капельки под воздействием внутренних водородных связей, обусловливающих поверхностное натяжение.
Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.
Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности
�
\gamma — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. В СИ он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии в джоулях на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения.
В 1983 году было доказано теоретически и подтверждено данными из справочников, что понятие поверхностного натяжения жидкости однозначно является частью понятия внутренней энергии (хотя и специфической: для симметричных молекул близких по форме к шарообразным). Приведенные в этой журнальной статье формулы позволяют для некоторых веществ теоретически рассчитывать значения поверхностного натяжения жидкости по другим физико-химическим свойствам, например, по теплоте парообразования или по внутренней энергии).

В 1985 году аналогичный взгляд на физическую природу поверхностного натяжения как части внутренней энергии при решении другой физической задачи был опубликован В. Вайскопфом в США.

Поверхностное натяжение возникает на границе газообразных, жидких и твёрдых тел. Обычно под термином «поверхностное натяжение» имеется в виду поверхностное натяжение жидких тел на границе жидкость — газ. В случае жидкой поверхности раздела поверхностное натяжение правомерно также рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объёмах фаз.

Прибор для измерения поверхностного натяжения называется тензиометр.

Проявления
Так как увеличение площади поверхности раздела жидкость — газ требует совершения работы, жидкость «стремится» уменьшить площадь своей поверхности:

В невесомости порция жидкости принимает сферическую форму (сфера имеет наименьшую площадь поверхности среди всех тел одинакового объёма). То же самое происходит с каплей жидкости, помещаемой внутрь другой, несмешивающейся жидкости с первой жидкостью той же плотности (опыт Плато).

Ламинарная струя воды образует цилиндр, который затем разбивается на шаровидные капли из-за неустойчивости Рэлея — Плато.
Небольшие предметы со средней плотностью большей плотности жидкости способны «плавать» на поверхности жидкости, так как их вес оказывается уравновешенным силой поверхностного натяжения.

Площадь поверхности

Поверхность жидкости обладает свободной энергией:

R_{1,2} — радиусы главных кривизн в точке. Они имеют одинаковый знак, если соответствующие центры кривизны лежат по одну сторону от касательной плоскости в точке, и разный знак — если по разную сторону. Например, для сферы центры кривизны в любой точке поверхности совпадают с центром сферы, поэтому:

Так как
Δ
�
\Delta p должна быть непрерывной функцией на поверхности плёнки, поэтому выбор «положительной» стороны плёнки в одной точке локально однозначно задаёт положительную сторону поверхности в достаточно близких её точках.

Из формулы Лапласа следует, что свободная мыльная плёнка, натянутая на рамку произвольной формы и не образующая пузырей, будет иметь среднюю кривизну, равную 0.

Зависимость от температуры
С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и равна нулю при критической температуре. Наиболее известная эмпирическая зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена Лорандом Этвёшом, так называемое правило Этвёша. В настоящее время получен вывод теоретической зависимости поверхностного натяжения от температуры в области до критических температур, подтверждающей правило Этвёша.

Способы определения

Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические. В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии. Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами. В ряде случаев равновесие на поверхности может наступать в течение нескольких часов (например, в случае концентрированных растворов полимеров с высокой вязкостью). Динамические методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения. Например, для раствора мыла после перемешивания поверхностное натяжение 58 мДж/м², а после отстаивания — 35 мДж/м². То есть поверхностное натяжение меняется. До установления равновесного оно будет динамическое.
Тесты:
1.В эксперименте Резерфорда альфа-частицы представляют собой поле
Он разлетится под воздействием?
А) под действием электростатического поля атомного ядра
Б) под действием ядерного силового поля
В) под действием гравитационного поля ядра
Г) за счет слабых сил взаимодействия
2. Энергия ионизации атома водорода.
Считать.
А) 10,2 эВ Б) 13,6 эВ В) 3,4 эВ Г) 1 эВ
3. Первый радиус Бора для атома водорода равен 0,053.
Равен нм. Вычислите радиус (нм) четвертого стержня.
А) 0,212 Б) 0,848
4. Какой из следующих водородных рядов?
Соответствует ультрафиолетовому полю?
А) серия Пашена Б) серия Бальмера
C) Серия кронштейнов D) Серия Layman
6. В видимой области спектра атом водорода
Волна, соответствующая третьей спектральной линии
Определить длину (нм).
А) 434,6 Б) 97,4 В) 102,7 Г) 1878
7. Фотон с длиной волны импульса 300 нм.
Скорость электрона равна его импульсу (м/с)
Считать.
А) 919 Б) 808 В) 1379 Г) 2425

Список литературы

Адамс В.И., Хирш К.С. Венозная воздушная эмболия при ранениях головы и шеи // Арх. Патол. Лаборатория Мед. — 1989. — Т. 113. — Р. 498.

Adornato DC, Gildenberg PL, Ferrario CM. И другие. Патофизиология внутривенной воздушной эмболии у собак // Анестезиология. — 1978. — Т. 49. — Р. 120.

Ахмат К.П., Райли Р.Х., Симс С. И др. Фатальная воздушная эмболия после анестезии при установке перитонеально-венозного шунта // Анестезиология. — 1989. — Т. 70. — Р. 702.

Альбин М.С., Бабински М., Марун Дж.С. и другие. Анестезиологическое обеспечение хирургии задней черепной ямки в положении сидя // Acta Anaesthesiol. Сканд. — 1976. — Т. 20. — Р. 117.

Альбин М.С., Кэрролл Р.Г., Марун Дж.К. Клинические аспекты выявления воздушной венозной эмболии // Нейрохирургия. — 1978. — Т. 3. — Р. 380.

Альбин М.С. Виды и звуки воздуха [от редакции] // Анестезиология. — 1983. — Т. 58. — Р. 113.

Альбин М.С., Бабинский М.Ф., Гилберт Т.Дж. Венозная воздушная эмболия не ограничивается нейрохирургией // Анестезиология. — 1983. — Т. 59. — Р. 151.

Альбин М.С., Бунегин Л., Гарсия С. И соавт. Транскраниальная допплерография позволяет визуализировать микроагрегаты внутричерепного воздуха и твердых частиц // J. Neurosurg. Анест. — 1989. — Т. 1. — Р. 134.

Альбин М.С., Робинсон Д. Амюссат (1796–1856) и Сенн (1844–1908): священный дуэт воздушной венозной эмболии // История анестезии / Под ред. Р.С. Аткинсон, Т.Б. Бултон. — Лондон: Медицинские службы Королевского общества, 1989. — Р. 539.

История анестезии / Под ред. Р.С. Аткинсон, Т.Б. Бултон — Лондон: Медицинские службы Королевского общества, 1989.

136. Ваканти К.А., Лодхия К.Л. Фатальная массивная воздушная эмболия при трансуретральной резекции простаты // Анестезиология. — 1991. — Т. 74. — Р. 186.

137. Verstappen F.T., Bernards J.A., Kreuzer F. Влияние легочной газовой эмболии на кровообращение и дыхание у собак. 1. Влияние на кровообращение // Pflugers Arch. — 1977. — Бд. 368. — С. 89.

138. Verstappen F.T., Bernards J.A., Kreuzer F. Влияние легочной газовой эмболии на кровообращение и дыхание у собак. 2. Влияние на дыхание // Там же. — С. 97.

139. Verstappen F.T., Bernards J.A., Kreuzer F. Экскреция венозных пузырьков газа легкими // Там же. — Бд. 370 С.67.

140. Verstappen F.T., Bernards J.A., Kreuzer F. Возникновение артериальной гипоксемии при газовой эмболии легочной артерии // Там же. — С.71.

141. Вик А., Брубак А.О., Хеннесси Т.Р. и другие. Венозная воздушная эмболия у свиней, транспорт газовых пузырей через малый круг кровообращения // J. Appl. Физиол. — 1990. — Т. 69. — Р. 237.

142. Вурхис Р.М., Фрейзер Р.А.Р., Ван Познак А. Профилактика воздушной эмболии положительным и экспираторным давлением // Нейрохирургия. — 1983. — Т. 12. — Р. 503.

143. Вадхва Р.К., Маккензи Р., Вадхва С.Р. и другие. Газовая эмболия при лапароскопии // Анестезиология. — 1978. — Т. 48. — Р. 74.

144. Уоррен Дж.К. Два случая несчастных случаев от поступления воздуха в вены при хирургических операциях // J. Med. Науч. — 1852. — Т. 20. — Р. 545.

145. Ваттманн К.С. Sicheres Heiverfahren bei dem schnell gefahrlichen Lufteintritt in die Venen und dessen gerichtsarztliche Wichtigkeit. – Вена: Braumüller und Seidel, 1843. – 188 с.

146. Винтер П.М., Алвис Х.Дж., Гейдж А.А. Гипербарическое лечение воздушной эмболии сосудов головного мозга при искусственном кровообращении // JAMA. — 1971. — Т. 215. — Р. 1768.

147. Вольф С., Альбин М.С., Виннэм Б. Спонтанная миграция центрального венозного катетера и его репозиция: Техническая записка // Нейрохирургия. — 1980. — Т. 6. — Р. 652.

148. Якель А.Е. Летальная воздушная эмболия из пластиковой тары // JAMA. — 1968. — Т. 204. — Р. 267.

149. Янг М.Л., Смит Д.С., Муртаг Ф. И др. Сравнение хирургических и анестезиологических осложнений у нейрохирургических больных с венозной воздушной эмболией в положении сидя // Нейрохирургия. – 1986 год. — Т. 18. — Р. 157.

150. Юнкер Д., Родригес В., Кавано Дж. Массивная воздушная эмболия при кесаревом сечении // Анестезиология. — 1986. — Т. 65. — Р. 77.В) 0,106 Г) 0,318