Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Mechanické vlastnosti
kvapalín
Viskozita a jej meranie
Spracovala: Z. Balázsiová
Lekárska fakulta Univerzity Komenského v Bratislave
Ústav lekárskej fyziky, biofyziky, informatiky a telemedicíny
rok: 2016
Prečo práve viskozita?
• Viskozita slín, potu, žlče, synoviálnej tekutiny...
• Priamy ukazovateľ schopnosti krvi pretekať
cievou
• Zvýšená viskozita krvi je jedným z parametrov,
kt. je spojený s ostatnými rizikovými faktormi
kardiovaskulárnych ochorení (vysoký TK,
cholesterol, diabetes, fajčenie...)*
• Viskozita krvi je ovplyvniteľná aj životným štýlom
(málo pohybu, dehydratácia...)
http://bloodflowonline.com/content/blood-viscosity
*Doporučené video: Whole Blood Viscosity: Links to Cardiovascular Disease http://youtu.be/sWfCKdjxLc0
Vlastnosti reálnej kvapaliny
• Molekulová štruktúra, tekutosť, voľná
hladina kvapaliny je kolmá na tiažovú silu
• Vnútorné trenie
• Malá stlačiteľnosť
• Tlakové sily vo vnútri kvapaliny pôsobia
kolmo na ľubovoľnú plochu
Prúdenie reálnej kvapaliny
V > V1 > V2 > ... >Vmin=0 m.s-1
v2
vv1
Vmin=0 m.s-1
V=max
dx
dv Šmykové (tangenciálové) napätie
pri zmene rýchlosti prúdenia kvapaliny je η konšt Newtonovské kvapaliny
Nenewtonovské kvapaliny
Dynamická viskozita –
dv
dx
dx
dv gradient rýchlosti
prúdenia kvapaliny
v3v2
v
pri zmene rýchlosti prúdenia kvapaliny sa η mení
Viskozita krvi
Počas systoly je krv menej viskózna a prúdi rýchlejšie. Počas diastoly krv prúdi
pomalšie a má väčšiu viskozitu. Parametre, ktoré sú spojené s kardiovaskulárnymi
chorobami ovplyvňujú viskozitu krvi v rôznych bodoch tejto krivky. Počas diastoly pri
pomalom prúdení vplývajú na viskozitu krvi imunoglobulíny, agregáty erytrocytov a
trombocytov, bielkoviny plazmy, cholesterol, triglyceridy. Počas systoly vplýva na
viskozitu krvi hematokryt, deformovateľnosť erytrocytov, viskozita plazmy.
http://meridianvalleylab.com/wp-content/uploads/2012/03/Picture8.png
Vis
ko
zita
Rýchlosť prúdenia
Telesné kvapaliny (príklady)Názov Relatívna viskozita Typ kvapaliny
krv 4,0 - 5,3 Nenewtonovské
kvapalinysynoviálna tekutina* veľmi vysoká
krvná plazma 1,5 – 2,0
Newtonovské kvapalinysliny 1,63 - 2,38
moč 1
destilovaná voda 1 Newtonovská kvapalina
Relatívna viskozita –
bezrozmerné číslo, viskozitu
kvapaliny porovnáva s
viskozitou vody
*Viskozita synoviálnej tekutinyhttps://netterimages.com/images/vpv/000/000/008/8298-0550x0475.jpg
Metódy merania viskozity
• Rotačné viskozimetre
– viskozita sa určuje na
základe odporu, ktorý
kvapaliny kladú
otáčavému pohybu
vhodne zvolených telies.
– meranie newtonovských
aj nenewtonovských
kvapalínObrazok prebraty z: AD Chemia S.r.p
http://www.pragolab.cz/files/download/Seminar_reologie_2015.pdf
Metódy merania viskozity• Vibračné viskozimetre
– pri určovaní viskozity
využívajú tlmiace
schopnosti tekutiny ako
dôsledok jej viskozity
– Meranie newtonovských
aj nenewtonovských
kvapalín
Obrázok prebratý z: http://www.helago-cz.cz/product/sv-10-
vibracni-viskozimetr/ http://www.pragolab.cz/files/download/Seminar_reologie_2015.pdf
• Telieskové viskozimetre
– meranie sa zakladá na
meraní rýchlosti pohybu
istého známeho telieska
– meranie newtonovských
kvapalín
Metódy merania viskozity
Stokesov telieskový viskozimeter
• Stokesov zákon (sedimentácia krvi)
F = 6 η π r v
F – odporová sila, η – dynamická viskozita prostredia, π = 3,14, r –
polomer padajúceho telieska, v – rýchlosť častice
Obrázok prebratý z:
http://www.google.sk/imgres?imgurl=http://people.tuke.sk/zuz
ana.gibova/pohyboverovnice/obr2.6.3.gif&imgrefurl
http://www.pragolab.cz/files/download/Seminar_reologie_2015.pdf
Metódy merania viskozity
• Kapilárne viskozimetre –
založené na meraní času t,
za ktorý pretečie kapilárou
pri konštantnom tlaku
a teplote istý objem
kvapaliny V.
– meranie newtonovských
kvapalín
Ubbelohdeho viskozimeter
Prevzaté z: www.srovnanicen.cz/q/Ubbelohdeho/http://www.pragolab.cz/files/download/Seminar_reologie_2015.pdf
Kapilárne viskozimetre
• Hagen-Poiseuilleov vzťah – udáva objem
V, ktorý za čas t pretečie kapilárou. Používa
sa aj pri opise toku krvi v cievach.
tl
prV
8
4
r - polomer kapiláry, Δ p – rozdiel tlakov medzi dvomi koncami kapiláry,
l – dĺžka kapiláry, t – čas, za ktorý pretečie kvapalina kapilárou, η -
dynamická viskozita, g – gravitačné zrýchlenie, Δ h – rozdiel medzi výškami
hladiny v hornom rezervoári viskozimetra, ρ – hustota kvapaliny
tl
gh
V
r
8
4
Určenie viskozity
r - polomer kapiláry, l – dĺžka kapiláry, t – čas, za ktorý pretečie kvapalina kapilárou,
η - dynamická viskozita, g – gravitačné zrýchlenie, Δ h – rozdiel medzi výškami
hladiny kvapaliny v hornom rezervoári, ρ – hustota meranej kvapaliny
Konštanta viskozimetra daná výrobcom
(opíšete K =...mm2 s-2)
Dynamická viskozita meranej kvapaliny (zistíte výpočtom)
ρ hustota meranej kvapaliny (opíšete ρ = ...kg m-3 )
t čas potrebný pre vyprázdnenie horného rezervoára (odmeriate)
1. Dynamická viskozita
η [ Pa s]Iné jednotky: 1P(Poise) = 0,1 Pa.s
Viskozita tekutín
tK
2. Kinematická viskozita
ν [ m2 s-1]Iné jednotky 1St(Stokes) = 0,0001 m2.s-1
ν = K t
3. Relatívna viskozita – bezrozmerné číslo, viskozitu
kvapaliny porovnáva s viskozitou vody
Ubbelohdeho viskozimeter
Kapilára
Značky pre
naplnenie
Značky pre meranie
Podmienky pre meranie:
V = konšt.
t = konšt.
Laminárne prúdenie v kapiláre
Obrázok prevzatý z:
http://www.ides.com/property_descriptions/templates/images/ISO307_viscometer.gif
Viskozita krvi
Brozmanová, M. Poruchy termoregulácie. https://portal.jfmed.uniba.sk/download.php?fid=559
Sangho, K. et al. A new method for blood viscosity measurement. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics
Volume 94, Issue 1, 10 November 2000, Pages 47–56
Meridian Valley LabMeridian Valley Lab. The Relationship Between Blood Pressure and Blood Viscosity. http://meridianvalleylab.com/the-
relationship-between-blood-pressure-and-blood-viscosity#
• Viskozita krvi sa zvyšuje napríklad pri infekciách
•Meranie viskozity krvi – využíva sa Hagen-Poiseuilleov vzťah
Viskozita krvi
Hematokrit(pomer medzi objemom
erytrocytov a krvnej plazmy)
teplota tela Rýchlosť prietoku krvi
Viskozita krvi Krvný tlak
Vplyv viskozity krvi na krvný tlak
Meridian Valley LabMeridian Valley Lab. The Relationship Between Blood Pressure and Blood Viscosity.
http://meridianvalleylab.com/the-relationship-between-blood-pressure-and-blood-viscosity#
1. Konštantná cirkulácia objemu krvi,
konštantný srdcový výdaj
2. Vzostup
viskozity krvi
(je spôsobený
dehydratáciou,
infektom...)
3. Zvýšenie celkového periférneho odporu
ciev (následné zníženie prietoku krvi)
4.
Zvýšen
ie k
rvn
éh
o
tlaku
(zabezpečenie
konšta
ntn
ého
srd
cového v
ýdaja
)
Vplyv teploty na viskozitu krvi
Obrázok upravený. Prevzaté z:
https://www.hindawi.com/journals/bmri/2014/840379.fig.002.jpg
. Prevzaté z: Baldeo, a kol. Colorimetric determination of haemoglobin.
http://image.slidesharecdn.com/hemoglobinandhematocritdetermination-130626105718-phpapp02/95/hemoglobin-and-
hematocrit-determination-1-638.jpg?cb=1372244301
Hematokryt a viskozita krvi
Viskozita krvi závisí aj od pohlavia
Prevzaté z: Rosenson, R. S, McCormix, A., Uretz, E., F. Distribution of blood viscosity values and biochemical correlates in healthy adults.
Clinical Chemistry 42(8),1996, p.1189-1195. Dostupné na:
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.528.2325&rep=rep1&type=pdf
Ženy majú nižšiu viskozitu krvi ako muži pri gradientoch rýchlosti prúdenia
100/s, 50/s, 1/s. Normalizovaná viskozita je viskozita krvi pri hematokrite
45%. Viskozita krvnej plazmy a krvného séra od pohlavia nezávsí.
Odporučené video:
Ubbelohde Glass Capillary Kinematic Viscometer Demonstration
http://www.youtube.com/watch?v=pIoYM5F14xI