Тема: "ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ МЕТОДАМИ МЕДИЦИНСКОГО ВИСКОЗИМЕТРА И СТОКСА"
I. Актуальность темы: Вязкость крови человека в норме 0,4-0,5 , при патологии колеблется от 0,17 до 2,29 , что сказывается в реакции оседания эритроцитов(РОЭ). Венозная кровь обладает несколько большей вязкостью, чем артериальная. При тяжелой физической работе увеличивается вязкость крови. Некоторые инфекционные заболевания увеличивают вязкость, другие же, например, брюшной тиф и туберкулез – уменьшают. Определение вязкости крови во взаимосвязи с рядом других анализов крови имеет большое значение для оценки состояния больного и для постановки правильного диагноза по ряду болезней.
II.Цель занятия: Уметь производить измерения вязкости крови вискозиметром ВК-4 и методом Стокса. Студентдолжензнать природу вязкости жидкостей, смысл коэффициента вязкости, физическую основу измерений коэффициента вязкости.
III.Ориентировочное время для самоподготовки – 90 минут.
IV.Место проведения самоподготовки: кабинет кафедры. Опрос и выполнение работы – 90 минут.
V.Оснащение: Вискозиметр ВК-4 с принадлежностями для определениякоэффициентавязкостикрови, стеклянный цилиндр с глицерином, шарик, секундомер, микрометр.
VI.Исходные базисные знания и умения:
1. Изучить теорию по учебной литературе.
2. Проработать вопросы:
1) Что такое сила внутреннего трения?
2) Уравнение Ньютона для течения вязкой жидкости.
3) Зависимость вязкости жидкости от температуры.
4) Что такое ньютоновская и неньютоновская жидкости?
5) Вывести формулу для определения вязкости по методу Стокса.
6) Какие условия должны выполняться при измерении вязкости методом Стокса?
7) Записать формулу Пуазейля.
8) Опишите устройство и принципы работы медицинского вискозиметра.
9) Выведите расчетную формулу для определения вязкости жидкости с помощью медицинского вискозиметра.
VII. Задания для самопроверки и самоконтроля исходных базисных знаний и умений: Задачи 2.114, 2.115, 2.117, 2.118, 2.119.
VIII. После проверки базисных знаний переходите к изучению следующих материалов.
1. Н.М.Ливенцев "Курс физики", 1978г., ч.1, § 7.
2. А.Н.Ремизов "Медицинская и биологическая физика", 1987г., с. 169-180.
3. М.А.Эссаулова и др. "Руководство к лабораторным работам". с. 94 – 98.
4. А.Н.Ремизов "Сборник задач по медицинской и биологической физике ", 1987 г., с, 83-85.
1.0.А.Владимиров, Д.М.Ращупкин и др. "Биофизика".
Медицинский вискозиметр ВК.
1. Изучить устройство и принцип работы прибора ВК-4. Вискозиметр ВК-4 представляет собой капиллярный вискозиметр, предназначенный для измерения коэффициента вязкости и рассчитанный на большое количество жидкости.
Вискозиметр ВК-4 состоит из двух градуированных капилляров a1b1иa2b2соединенных с трубками 1 и 2 (рис 1). В капилляр а в набирают дистиллированную воду, которая служит эталонной жидкостью. Кран 4 закрывается, что позволяет набрать исследуемую жидкость во второй капилляр, не, изменяя уровень набранной воды. Оба капилляра соединены тройниками с краном 4, от которого идет резиновая трубка с наконечником 3.
Причиной того, что для протекания жидкости или газа через трубку требуется некоторая разность давления, является внутреннее трение. Зависимость между объемом жидкости или газа V , протекающего за время t через трубку длиной l, и необходимой для этого разностью давлений выражается формулой Пуазейля:
Где Q – объем жидкости, протекающей через сечение трубки в 1 с,
V – объем жидкости, протекающей через сечение трубки за t с,
R – радиус трубки,
- коэффициент вязкости жидкости или газа.
Принцип действия вискозиметра ВК-4 основан на том, что скорость продвижения разных жидкостей в капиллярах с одинаковым сечением при разных температурах и давлениях зависит от вязкости этих жидкостей.
Если в наконечнике 3 вискозиметра ВК-4 создать разряжение, то при равных температурах за равные промежутки времени через капилляры равного сечения под действием одинаковой разности давлений жидкости с равными объемами, пройдут пути, обратно пропорциональные их вязкости.
Этот вывод получают на основании формулы Пуазейля.
Где V – объем исследуемой жидкости, протекающей за время t.
– объем дистиллированной воды, протекающей за то же время.
Левые части равны значит равны и правые. После сокращения имеем:
Отношение коэффициента вязкости исследуемой жидкости к коэффициенту вязкости воды называется относительным коэффициентом вязкости:
Если длину столба исследуемой жидкости принять l=1, то относительный коэффициент вязкости численно равняется длине столба воды в капилляре. Зная значение , можно определить коэффициент вязкости исследуемой жидкости:
2. Определить коэффициент вязкости крови. Для этого: а) положите вискозиметр на стол (горизонтально); б) в капилляры вискозиметра набирается до отметки “нуль” в один – вода, а в другой – заменитель крови. Для того чтобы набрать жидкость в капилляр вискозиметра нужно: открыть кран (создать разряжение с помощью груши или ртом), осторожно всасывать дистиллированную воду. Для этого набираемая жидкость к капилляру подносится в изогнутой стеклянной трубке; в) затем с помощью другой изогнутой трубки в капилляр 2 набрать исследуемую жидкость до "нуля"; г) открыть кран 4 и энергично, но осторожно создать разряжение в обоих капиллярах, когда исследуемая жидкость дойдет до метки "один", прекратить втягивание. За это же время вода пройдет больший путь. Посмотреть до какой метки дошла вода и записать относительный коэффициент вязкости, который равен:
Так как в опыте берем l=1, относительная вязкость исследуемой жидкости численно равна пути, пройденному водой.
Результаты измерений занести в таблицу:
Окончательный результат записать в виде:
4.Изучить метод Стокса
При движении тела в вязкой среде возникает сопротивление.
Происхождение этого сопротивления двояко. При небольших скоростях, когда за телом нет вихрей, сила сопротивления обусловлена вязкостью жидкости. Между слоями возникает сила трения. Согласно закону Стокса сила сопротивления равна: F = 6rv ,
где r – радиус шарика,
V – скорость его движения,
Второй механизм сил сопротивления связан с образованием вихрей. Часть работы, совершаемой при движении тела в жидкости, идет на образование вихрей, энергия которых переходит в тепло. Метод Стокса позволяет определить . При движении в жидкости на тело действуют три силы:
где p – плотность шарика.
где плотность жидкости,
– ускорение свободного падения.
3. Сила сопротивления F =6rv.
Первая и вторая силы (вес и выталкивающая) постоянны по величине, третья пропорциональна скорости. При движении шарика в жидкости наступает момент, когда все три силы уравниваются, и шарик начинает двигаться равномерно (!).
Условие равномерного движения шарика:
Сделав преобразования, вычисляем по следующей формуле:
Скорость двоения шарика находится:
где l – путь равномерного шарика,
t – время движения.
Метод Стокса используется в медицине: по реакции оседания эритроцитов (РОЭ) в плазме крови судят о вязкости плазмы: чем вязкость плазмы больше, тем величина столба осевших за определенное время эритроцитов меньше. Для определения коэффициента берут высокий цилиндр с исследуемой жидкостью, на цилиндре имеется кольцевая заметка вверху.
Эта заметка соответствует той высоте, где силы действующие на шарик уравновешивают друг друга. Кроме того на расстоянии l от верхней метки имеется такая же метка внизу (для удобства отсчета конца падения шарика). Бросаем шарик в цилиндр, отмечаем по секундомеру время t прохождения им пути l ,откуда определяем скорость падения . Диаметр шарика определяем при помощи микрометра.
5. Определить коэффициент вязкости глицерина методом
Стокса. Для этого измерить микрометром диаметр шарика и опустить его в жидкость, при этом измерить время падения шарика между метками на цилиндре секундомером. Зная расстояние между метками и время прохождения шариком вычислить скорость падения шарика:
Результаты измерений занести в таблицу 2., вычислить коэффициент вязкости жидкости (глицерина) по формуле:
Приборы и принадлежности: вискозиметр Гесса, эталонная жидкость – дистиллированная вода, исследуемая жидкость, вата, спирт.
Вискозиметр Гесса позволяет измерить величину 
– относительную вязкость исследуемой жидкости по отношению к эталонной. Работа вискозиметра основана на формуле Пуазейля.
Пусть две различные жидкости с коэффициентом вязкости 
и 
протекают через один и тот же капилляр радиусом R, длиной l.
Запишем формулу Пуазейля для каждой жидкости:
.
Если в процессе эксперимента обеспечить условие 
то, взяв отношение 
получим 
т.е. для определения относительной вязкости жидкости достаточно измерить объёмы 
и Q, ежесекундно протекающие через поперечное сечение капилляра. Зная , легко рассчитать вязкость исследуемой жидкости:
.
Вискозиметр Гесса используется в клинике для определения вязкости крови. Схема прибора дана на рис. 14.
| Рис. 14 |
На панели П два одинаковых капилляра, a и б,соединены с проградуированными трубками А и Б, концы которых соединены тройником В, от которого идёт резиновая трубка Д cо стеклянным наконечником Е. Трубка Б имеет кран Г.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Протереть спиртом наконечник Е. Открыть кран Г и, втягивая ртом воздух через наконечник Е, наполнить трубку Б водой до метки 0.
2. Закрыть кран Г. Наполнить трубку А до метки 0 исследуемой жидкостью.
3. Открыть кран, всосать обе жидкости так, чтобы исследуемая дошла до метки. При этом вода, как менее вязкая (по сравнению с исследуемой жидкостью), дойдет до более высокой метки, указывающей отношение 
4. Рассчитать вязкость исследуемой жидкости по формуле
результат записать в протокол.
Таблица вязкости воды при разных температурах
| t˚С | ||||||||
 |
1,792 | 1,308 | 1,005 | 0,894 | 0,801 | 0,656 | 0,549 | 0,469 |
1. Уравнение неразрывности струи для стационарного течения идеальной жидкости.
2. Уравнение Бернулли. Следствия из этого уравнения.
3. Вязкость (внутреннее трение) жидкости. Закон Ньютона для вязкого трения.
4. Коэффициент вязкости. Единицы измерения вязкости. Ньютоновские и неньютоновские жидкости.
5. Формула Пуазейля.
6. Гидравлическое сопротивление.
7. Ламинарное и турбулентное течение жидкости. Число Рейнольдса.
8. Метод Стокса для определения коэффициента вязкости.
Дата добавления: 2014-10-15 ; Просмотров: 3377 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
ВИСКОЗА (от лат. viscosus — клейкий, липкий), вязкая студенистая масса, способная вытягиваться в нити, давать-пленки и склеивать различные предметы. В. впервые была получена в 1892 г. (Cross, Bevan и Beadle) действием паров сернистого углерода на натр-целлюлезу. При этом образуется натровая соль целлюлезо-ксантогеновой к-ты, представляющая вискозу. В. растворима в воде; 1% раствор имеет вид студня. При нагревании растворов В. до 60—80°, она выделяется в нерастворимой модификации. Если к раствору ее прилить раствор сернокислого аммония или серной кислоты, то выпадает в осадке клетчатка, к-рая применяется для приготовления искусственного шелка. В. употребляется для проклейки бумаги в писчебумажном производстве, в ситцепечатании как загуститель и для аппретуры; из нее готовят фильмы, она употребляется в технике вместо целлюлои-да, заменяет иногда рог и даже слоновую кость и т. п. Исходным материалом для приготовления В. служат вата, солома, древесная клетчатка в виде опилок, щепы, сучья и т. п. (о проф. вредностях—см. Шелк). В. в виде тонких листов употребляется как изоляционный материал, предохраняющий медикаменты от влаги, также употребляется как компрессная бумага. Смесь В. с раствором целлюлоида употребляется для пропитывания ортопедических корсетов. В И С К 0 3 ИМ ЕТР И Я (от латинск. viscosns— клейкий и греч. metron—мера), измерение вязкости (см.), или внутреннего трения жидкостей. Для В. можно пользоваться различными принципами; чаще всего применяются два: измерение скорости падения тела в исследуемой жидкости или определение времени истечения определенного объема жидкости через капиллярную трубку. Первый принцип, основанный на законе Стокса (Stokes), устанавливающем зависимость между скоростью падения шарообразного тела и вязкостью жидкости, применяется редко (гл. обр., при определении вязкости очень густых жидкостей, вроде смолы). Обычно употребляемые вискозиметры построены на втором принципе. Наиболее простым и употребительным является вискозиметр Оствальда (Ostwald; см. рисунок 1). Через а вводят определенное количество исследуемой жидкости, насасывают ее через 6 (несколько выше метки с) и дают свободно стекать, отмечая по секундомеру время, прошедшее между моментом прохождения верхнего мениска между метками с и d. Так как обычно интересуются относительной вязкостью, принимая вязкость ^ уу/ воды за 1, то сравнивают время истечения испытуемой жидкости (t) с временем истечения чистой воды (t0) в том же приборе. В таком случае относительная вязкость п выразится формулой n=St, где S—удельный вес исследуемой жидкости. Температурный коэфи-циент вязкости очень высок— повышению на 1° соответствует изменение около 1—2%; поэтому при В, важно соблюдать, по возможности, постоянную t°.—Для клин, целей наиболее употребительны приборы Гесса и Детермана (Hess, Determann). Вискозиметр Гесса состоит из двух градуированных, одинаковой емкости, тонких стеклянных трубок, переходящих с одной стороны в капилляры, с другой стороны соединенных посредством Т-образной трубки
между собой и одновременно с резиновым баллоном, служащим для отсасывания или накачивания воздуха. В одну из трубок насасывается вода до определенной на трубке отметки, в другую—кровь (в таком же, как вода, количестве) до такой же отметки. Далее, нагнетая резиновым баллоном воздух, заставляют обе жидкости под единым давлением проходить через одинаковые капилляры. Когда кровь в своем капилляре дойдет до метки 1, отмечают мениск стояния воды, который сразу указывает на шкале величину относительно^ вязкости. Точность до 4%. При применении разных давлений и температур % ошибки увеличивается.— Вискозиметр Детермана состоит из капиллярной трубки, имеющей по концам расширения, вмещающие точно 0,1 куб. см, переходящие снова в одинаковые с обеих сторон капилляры. Трубка помещена в цилиндре с водой t° 20°. Кровь насасывается до определенной метки, а затем аппарат переводят в вертикальное положение и следят, во сколько времени кровь пройдет капилляр до следующей, находящейся на другом конце, метки. Опыт повторяют с водой, относительная вязкость—v—вычисляется по формуле: __время прохождения крови у ri п-т время прохождения воды ‘ Впоследствии (1911), Детерман предложил прибор, соединяющий принципы первых двух, к-рый и является в наст, время наиболее распространенным (см. рисунок 2). Аппарат состоит из двух, одинаковой емкости, параллельно расположенных трубок Детермана (см. выше), из которых в одну набирается до метки О—вода, в другую—кровь, тоже до О. Трубки помещены в стеклянной муфте, наполненной водой t° 20°. Когда аппарат поворачивают вертикально, обе жидкости (кровь и вода) начинают под влиянием силы тяжести проходить через капилляры с отметки О в градуированные концы. Относительная вязкость—v—крови, дошедшей до метки 1, указывается цифрой мениска воды. Кровь для исследования берется путем укола в мякоть пальца или мочку уха. Капля должна свободно выступать. Для предотвращения свертываемости рекомендуется прибавлять к исследуемой крови пылинку гирудина. Аппарат прост, портативен и удобен для клинических целей. Показания этого вискозиметра точны. Лит.: Determann H., Bin sofort gebrauchsfer-tiger Blutviskosimeter, 24 Kongress tiir innere Medizin zu Wiesbaden, 1907; его же, Die Viskositat des merischlichen Blutes, Wiesbaden. 1910; Munzer E. u. В 1 о с h F., Experimentale Beitruge zur Kritik der Viscositatsbestimmungsmethoden, Zeitschrift f. experim. Pathologie u. Therapie, B. VII, 1909. M. Кутырин.
