Физические основы измерения давления крови

Физика и её законы лежат в основе всего естествознания. Достижения естествознания и техники обусловили становление научной медицины.

Медицина и физика всегда были тесно переплетены между собой. Еще в глубокой древности медицина использовала в лечебных целях физические факторы, такие как тепло, холод, звук, свет, различные механические воздействия. Природа заболеваний и механизм выздоровления во многих случаях имеют биофизическое объяснение.

Первым медицинским физиком был Леонардо да Винчи, который исследовал механику передвижения человеческого тела. Наиболее плодотворно медицина и физика стали взаимодействовать с конца 18 - начала 19 века. , когда были открыты электричество и электромагнитные волны, т. е. с наступлением эры электричества. Конец 19 - середина 20 века ознаменованы открытием рентгеновских лучей, радиоактивности, теорий строения атома, электромагнитных излучений.

Медицинская физика по-настоящему стала утверждаться как самостоятельная наука и профессия только во второй половине 20 века - с наступлением атомной эры. В медицине стали широко применяться радиодиагностические гамма - аппараты, электронные и протонные ускорители, радиодиагностические гамма - камеры, рентгеновские компьютерные томографы, гипертермия и магнитотерапия, лазерные, ультразвуковые и другие медико-физические технологии и приборы.

Приступая к работе «Наблюдение физических явлений в школьном медпункте», мы поставили перед собой цель: выяснить, какие медицинские приборы используются в школьном медпункте и объяснить их работу на основе физических явлений.

Для этого мы должны были решить следующие задачи:

1. Выяснить, какие медицинские приборы находятся в школьном медпункте.

2. Изучить устройство этих приборов и узнать, для чего они предназначены.

3. Выяснить, какие физические явления и законы лежат в основе их действия.

4. Описать принцип действия этих приборов на основе законов физики.

5. Сделать выводы о необходимости физических знаний в медицине и познакомить с ними учащихся.

Для достижения цели мы отправились в школьный медпункт. Фельдшер Елена Анатольевна показала нам приборы и материалы, которые она использует в работе. Мы выбрали для описания следующие приборы: медицинский термометр, тонометр, фонендоскоп, ростомер, медицинские весы, пипетку, медицинский шприц, медицинские банки, электрические стерилизаторы, холодильник, кварц – бактерицидную лампу. Кроме того, мы решили рассмотреть глаз как физический прибор и способы устранения дефектов зрения.

Мы изучили устройство этих приборы и узнали, для чего они предназначены, как используются на практике. Самостоятельно попробовали их применить или наблюдали за их действием.

После этого мы взяли школьные учебники и другую литературу для учащихся по физике и выяснили, какие физические явления и законы лежат в основе их действия. Мы старались по каждому прибору найти как можно больше материала, названия учебников и книг мы поместили в списке используемой литературы. В работе рядом с названием приборов мы указали, на основе какой литературы мы объясняли их применение.

Затем мы описали принцип действия этих приборов на основе законов физики.

Действие большинства медицинских приборов, используемых в школьном медпункте, рассматривается на уроках физики, о них упоминается в учебниках физики. И тогда мы решили выяснить, знают ли ребята, какие медицинские приборы используются в нашем медпункте, и могут ли объяснить их работу. С этой целью мы провели анкетирование учащихся 8-11 классов. Всего в анкетировании приняли участие 124 человека. Результаты анкетирования вы найдет в нашей работе.

1. Анализ результатов анкетирования учащихся.

В течение октября 2009 года мы проводили анкетирование учащихся 8-11 классов с целью выяснения их знаний об используемых в школьном медпункте медицинских приборах и о значении физических знаний в медицине. Всего было опрошено 124 человека.

Вопросы анкеты:

I. Назовите, какие медицинские приборы, используемые в нашем школьном медпункте, работают на основе законов физики.

II. Об устройстве и использовании каких медицинских приборов вы говорили на уроках физики?

III. О каких медицинских приборах вы хотели бы узнать подробнее?

Результаты анкетирования отражены в таблице:

Медицинский прибор Ответы обучающихся

Вопрос №1 Вопрос №2 Вопрос №3

Термометр 120 (97%) 78 (63%) -

Медицинские весы 102 (82%) 75 (61%) -

Шприц 74 (60%) 27 (22%) -

Тонометр 62 (50%) 25 (20%) 38 (31%)

Ростомер 34 (27%) - -

Таблица для проверки зрения 19 (15%) Очки - 70 (56%) -

Фонендоскоп (стетоскоп) 16 (13%) 16 (13%) -

Кварц 6 (5%) 6 (5%) 31 (25%)

Банки 6 (5%) 6 (5%) -

Холодильник 4 (3%) 4 (3%) -

Стерилизатор 2 (2%) 2 (2%) -

Пипетка 2 (2%) 2 (2%) -

Пинцет 2 (2%) 2 (2%) -

Скальпель 2 (2%) 2 (2%) -

Рентген - 23 (19%) 35 (28%)

УЗИ - 10 (8%) 6 (5%)

ЭКГ - - 12 (10%)

В ходе анкетирования выяснилось, что более половины опрошенных учащихся называют до трёх медицинских приборов, которые используются в школьном медпункте и работу которых они могут объяснить. Только около 10% ребят называют более 5 приборов, причем в основном это учащиеся 10- 11 классов.

Наибольшее число учащихся назвали среди медицинских приборов: термометр (97%), весы (82%), шприц (60%); причем объяснить их работу смогли не все из назвавших учащихся.

На третий вопрос ответили только 87 учеников (70%). Большинство из них хотели бы подробнее узнать о работе тонометра, рентгеновского аппарата и кварцевой лампы. Особенно им хотелось узнать, как правильно измерять артериальное давление, зачем включают кварцевые лампы в медицинских кабинетах, больничных палатах, детских учреждениях, и где ещё, кроме медицины, используют рентгеновское излучение? Материал об этих медицинских приборах мы поместили в Приложении 2.

2. Термометрия

Еще в 5 веке до нашей эры основатель медицины Гиппократ обратил внимание, что у больных повышается температура тела. Как же можно измерить температуру тела человека?

Разнообразие методов измерения температуры связано с большим количеством термометрических веществ и свойств, используемых при этом. В зависимости от измеряемых интервалов температур наиболее распространены жидкостный, газовый термометры, термометр сопротивления, термопара - термометры и пирометры. В жидкостном термометре термометрической характеристикой является объём, чувствительным элементом – резервуар с жидкостью (обычно с ртутью или спиртом).

Медицинский термометр выглядит так : тонкая термометрическая трубка (капилляр), запаянная сверху, заканчивается снизу резервуаром с ртутью. К трубке прикреплена шкала с делениями от 34˚С до 42˚С с ценой деления 0,1˚С. Все это помещено в стеклянный баллончик.

Действие термометра основано на тепловом расширении жидкости. При контакте термометра с телом человека увеличивается объем ртути, её уровень поднимается и, останавливаясь около того или иного деления, показывает температуру тела человека. Необходимое условие измерения температуры – тепловое равновесие резервуара с ртутью и тела, температура которого определяется. Резервуар с ртутью отделен от градуированного капилляра сужением, которое не позволяет ртути при охлаждении термометра возвратить в резервуар. Поэтому перед использованием его необходимо встряхнуть . Затем поместить в подмышечную впадину на 4-5 минут до наступления состояния теплового равновесия.

Интервал температур на шкале медицинского термометра выбран не случайно: при температуре тела ниже 34˚С и выше 42˚С человек, как правило, умирает. Нормальная температура тела человека 36 - 37˚С (для большинства людей это 36,6˚С).

3. Физические основы измерения давления крови [8, стр. 108; 10, стр. 122- 123, 128-129; 15, стр. 450-454; 18, стр. 58-60; 20].

Тонометр.

Физический параметр - давление крови - играет большую роль в диагностике многих заболеваний. В медицине широко используются метод, предложенный Н. С. Коротковым. Суть метода: вокруг руки между плечом и локтем накладывают манжетку. Выпуская воздух, уменьшают давление в манжете и в мягких тканях, с которыми она соприкасается. Когда давление станет равно систолическому давлению, кровь будет способна пробить через сдавленную артерию - возникает турбулентное течение. Характерные тоны и шумы, соправождающие этот процесс, прослушивает врач при измерении давления, распологая фонендоскоп на артерии ниже манжеты (т. е. на большом расстоянии от сердца). Продолжая уменьшать давление в манжете, можно восстановить ламинарное течение в артерии, что заметно по резкому ослабеванию прослушиваемых тонов. Давление в манжете, соответствующие восстановлению ламинарного течения в артерии, регистрируют как диастолическое. Для измерения артериального давления применяют прибор – сфигмоманометр (от греч. sphygmos – пульс и манометр) или тонометр.

Фонендоскоп (или стетоскоп).

Работа сердца и движение крови являются источником наслаивающихся друг на друга колебаний различной частоты и амплитуды. Сила звуков сердца, их частотный характер определяют звуковую картину, которая при прослушивании воспринимается в виде определённой «мелодии». Анализ этих звуков является основой распространённого метода, который называется выслушиванием. Аускультация (от лат. auscultation – выслушивание) – врачебный метод исследования, выслушивание с помощью стетоскопа или фонендоскопа звуковых явлений в сердце или лёгких, а также в сосудах при измерении артериального давления.

Стетоскоп (от греч. stethos – грудь и scopeo – смотрю) – трубка для аускультации лёгких, сердца, сосудов и других органов. Более совершенный акустический прибор – фонендоскоп состоит из звукоулавливающей воронки с усиливающей мембраной и двух резиновых трубок, концы которых вставляют в уши . В фонендоскопе звуки усиливаются за счёт резонанса столба воздуха, находящегося в воронке, что облегчает выслушивание. Это объясняется тем, что конечная часть фонендоскопа представляет собой металлическую полость, обтянутую мембраной. Этой частью фонендоскоп ставят на выслушиваемую поверхность. Звуковые явления, возникающие в том или ином органе (легкое, сердце, кровеносный сосуд), передаются на мембранy, которая приходит в колебание. Полость, покрытая этой мембраной, по теории резонанса усиливает звук. В таком же виде он и проводится по трубкам. Плотные стенки трубок и слабая способность их к колебаниям препятствуют рассеиванию энергии колебаний в стороны, поэтому звук, достигший уха, почти не ослаблен.

4. Глаз как физический прибор.

Глаз человека имеет почти шарообразную форму, он защищен плотной оболочкой, называемой склерой 1. Передняя часть склеры - роговая оболочка 2 прозрачная. За роговой оболочкой (роговицей) расположена радужная оболочка 3, которая у разных людей может иметь разный цвет. Между роговицей и радужной оболочкой находится водянистая жидкость.

В радужной оболочке есть отверстие - зрачок 4, диаметр которого в зависимости от освещения может изменяться примерно от 2 до 8 мм. Меняется он потому, что радужная оболочка способна раздвигаться. За зрачком расположено прозрачное тело, по форме похожее на собирающую линзу, - это хрусталик 5, он окружен мышцами, прикрепляющими его к склере.

За хрусталиком расположено стекловидное тело 7. Оно прозрачно и заполняет всю остальную часть глаза. Задняя часть склеры - глазное дно – покрыто сетчатой оболочкой 6 (сетчаткой). Сетчатка состоит из тончайших волокон, которые, как ворсинки, устилают глазное дно. Они представляют собой разветвленные окончания зрительного нерва, чувствительные к свету.

Свет, падающий в глаз, преломляется на передней поверхности глаза, в роговице, хрусталике и стекловидном теле (т. е. в оптической системе глаза), благодаря чему на сетчатке образуется действительное, уменьшенное, перевернутое изображение рассматриваемых предметов.

Свет, падая на окончания зрительного нерва, из которых состоит сетчатка, раздражает эти окончания. Раздражения по нервным волокнам передаются в мозг, и человек получает зрительное впечатление, видит предметы.

Кривизна хрусталика, а значит, и его оптическая сила могут изменяться. Когда мы смотрим на дальние предметы, то кривизна хрусталика сравнительно не велика, потому что мышцы, окружающие его, расслабленны. При переводе взгляда на близлежащие предметы мышцы сжимают хрусталик, его кривизна, а следовательно, и оптическая сила увеличиваются.

Способность глаза приспосабливаться к видению как на близком, так и на далеком расстоянии называется аккомодацией глаза (лат. accomodatio - означает «приспособление»). Предел аккомодации наступает, когда предмет находится на расстоянии 12 см от глаза. Расстояние наилучшего видения (это расстояние, при котором детали предмета можно рассматривать без напряжения) для глаза равно 25 см.

Близорукость и дальнозоркость. Очки.

Благодаря аккомодации изображение рассматриваемых предметов получается как раз на сетчатке глаза. Это выполняется, если глаз нормальный.

Глаз называется нормальным, если он в ненапряженном состоянии собирает параллельные лучи в точке, лежащей на сетчатке. Наиболее распространенны два недостатка глаза - близорукость и дальнозоркость.

Близоруким называется такой глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит внутри глаза. Близорукость может быть обусловлена большим удалением сетчатки от хрусталика по сравнению с нормальным глазом. Если предмет расположен на расстоянии 25 см от близорукого глаза, то изображение предмета получится не на сетчатке (как у нормального глаза), а ближе к хрусталику, впереди сетчатки. Чтобы изображение оказалось на сетчатке, нужно приблизить предмет к глазу. Поэтому у близорукого глаза расстояние наилучшего видения меньше 25 см.

Дальнозорким называется глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит за сетчаткой. Дальнозоркость может быть обусловлена тем, что сетчатка расположена ближе к хрусталику по сравнению с нормальным глазом. Изображение предмета получается за сетчаткой такого глаза. Если предмет удалить от глаза, то изобретение попадает на сетчатку, отсюда и название этого недостатка - дальнозоркость.

Близорукость и дальнозоркость устраняются применением линз. Изобретение очков явилось великим благом для людей, имеющих недостатки зрения.

Какие же линзы следует применять для устранения этих недостатков зрения?

У близорукого глаза изображение получается внутри глаза впереди сетчатки. Чтобы оно передвинулось на сетчатку, нужно уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Для этого применяют рассеивающую линзу.

Оптическую силу системы дальнозоркого глаза нужно, наоборот, усилить, чтобы изображение попало на сетчатку. Для этого используют собирающую линзу.

Итак, для исправления близорукости применяют очки с вогнутыми, рассеивающими линзами. Если, например, человек носит очки, оптическая сила которых равна - 0,5 Дптр (или - 2 Дптр, -3,5 Дптр), то значит, он близорукий.

В очках для дальнозорких глаз используют выпуклые, собирающие линзы. Такие очки могут иметь, например, оптическую силу + 0,5 Дптр, +3 Дптр, +4,25 Дптр.

5. Измерение роста и массы тела человека .

Ростомер.

Регулярно все школьники проходят медосмотр. При этом производят измерение массы тела и роста учащихся.

Для измерения роста используют специальный прибор – ростомер . Он состоит из опоры, находящейся на полу, на которую становится человек, деревянной планки высотой от пола 210 см, и перекладины, расположенной от пола на расстоянии 40 см. От планки высота прибора 170 см. на деревянной планке расположена шкала прибора, проградуированная в см, цена деления 1 см.

Медицинские весы.

Для измерения массы тела человека используют специальные медицинские весы . Их действие основано на принципе рычага.

Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры. Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы. Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

Условие равновесия рычага: рычаг находиться в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Это правило можно записать в виде формулы:

F1/F2 =L2/L1

F1 и F2 – силы, действующие на рычаг, L1 и L2 – плечи этих сил.

Правилом равновесия рычага было установлено Архимедом.

С помощью медицинских весов можно измерить массу тела от 25 до 150 кг.

Шкала медицинских весов

Нижняя шкала проградуирована от 0 до 150 кг, цена деления 10 кг. Верхняя шкала от 0 до 10 кг, цена деления 0,05 кг.

Чтобы измерить массу тела, человеку надо встать на платформу весов. Перемещая грузы по верхней и нижней шкале весов, приводят их в положение равновесия. Пусть масса человека 53 кг. Тогда нижний груз устанавливается на делении 50, а верхний – на делении 3.

6. Физические основы использования пипетки

Воздушную оболочку, окружающую Землю, называют атмосферой (от греческих слов: «атмос» - пар, воздух и «сфера» - шар).

Атмосфера, как показали наблюдения за полетом искусственных спутников Земли, простирается на высоту нескольких тысяч километров. Мы живем на дне огромного воздушного океана. Поверхность Земли – дно этого океана.

Вследствие действий силы тяжести верхние слои воздуха, подобно воде океана, сжимают нижние слои. Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего согласно закону, Паскаля передает производимое на него давление по всем направлениям.

В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление. Существованием атмосферного давления могут быть объяснены многие явления.

Пипетка состоит из короткой стеклянной трубочки, суженной книзу, на неё сверху надет короткий резиновый баллончик . При сжатии баллончика пальцами воздух выходит из него. Если опустить пипетку в жидкость, находящуюся в открытом сосуде, и разжать пальцы, то жидкость будет подниматься вверх. Это объясняется тем, что внутри пипетки давление воздуха меньше атмосферного давления, которое действует на поверхность жидкости в сосуде. А поскольку по закону Паскаля давление в жидкости передается по всем направлениям одинаково, то давление в жидкости на уровне кончика пипетки будет одинаковым как снизу, так и сверху. Поэтому жидкость поднимается вверх по пипетке. Когда пипетку вынимают из жидкости и сдавливают резиновый баллончик, то капельки жидкости через сужение в трубочке выходят наружу.

7. Медицинский шприц .

Когда человек заболевает, ему делают укол. Разберем устройство шприца : пластмассовый прозрачный цилиндр с нанесенной на него шкалой, проградуированной в ml. Внутри цилиндра расположен плотно прилегающий к нему поршень, который может перемещаться внутри цилиндра. В конце цилиндра имеется небольшая трубка, на которую надевают иглу. Набирая лекарство в шприц, человек опускает иголку в ампулу и понимает поршень. На жидкость в ампуле действует атмосферное давление, и она поднимается за поршнем. Происходит это потому, что при подъеме поршня между ним и жидкостью образуется безвоздушное пространство. В это пространство под давлением наружного воздуха и устремляется вслед за поршнем жидкость.

Наполнив шприц лекарством, втыкают иглу в мышцу человека . При этом создается большое давление на конце иглы и легко протыкается кожа. Пусть палец человека действует на поршень с силой 3Н. Диаметр острия иглы примерно 0,1 мм. Вычислим давление, создаваемое на конце иглы.

Чем тоньше игла, тем легче и безболезненнее укол.

При этом давление самой вытекающей из острия иглы жидкости будет меньше, чем давление жидкости под поршнем по закону Бернулли:

При стационарном течении жидкости давление больше в тех местах, где меньше скорость течения, и наоборот, меньше в тех местах, где скорость течения больше.

Найдем, с какой скоростью жидкость вытекает из шприца. Пусть сила, действующая на поршень шприца равна 3Н. Измерим диаметр поршня: он равен 1,2 см. Плотность жидкости примем равной плотности воды: 1000 кг/м3. Для простоты расчетов примем, что шприц располагается горизонтально.

Воспользуемся уравнением Бернулли:

Сумма давления и плотностей кинетической и потенциальной энергий при стационарном течении идеальной жидкости остается постоянной для любого сечения потока.

Если шприц расположен горизонтально, то уравнение выглядит так:

P1 = P0 + ;P2 = P0 , где P0 – атмосферное давление.

Получим: (1)

- это уравнение неразрывности несжимаемой жидкости.

Выразим из этого уравнения υ1: υ1 = и подставим в уравнение (1).

Выразим из полученного уравнения υ2:.

Примем, что S2<

Получим: = = = = 7,3 м/с.

Чтобы уменьшить скорость вытекания жидкости из шприца, надо уменьшить силу, действующую на поршень, и увеличить площадь поперечного сечения шприца.

8. Медицинские банки.

При сильном кашле врач часто прописывает больному банки. Медсестра вносит в банку горящую ватку, смоченную эфиром, воздух в банке нагревается, расширяется и частично выходит наружу, внутри образуя разрежение.

В этот момент банку быстро прижимают к телу. Атмосферное давление вдавливает внутрь банки часть кожи с прилегающими к ней тканями . При этом создается усиленный приток крови именно к данному участку, что и является важнейшим лечебным фактором. Когда банки снимают с тела, слышен характерный хлопок: это наружный атмосферный воздух врывается в нее.

9. Электрические стерилизаторы.

В медицине широко используется электрические приборы.

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами кристаллической решетки вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока внутренняя энергия проводника увеличивается. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи.

Согласно закону Джоуля—Ленца: Количество теплоты, выделяемое про водником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления про водника и времени.

Q = I2 ∙R ∙t

Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. Основная часть всякого нагревательного электрического прибора — нагревательный элемент. Нагревательный элемент представляет собой проводник с большим удельным сопротивлением, способный, кроме того, выдерживать, не разрушаясь, нагревание до высокой температуры (до 1000—1200 °С). Большое удельное сопротивление проводника дает возможность изготовлять из него весьма удобные — малые по размерам — нагревательные элементы. В нагревательном элементе проводник в виде проволоки или ленты наматывается на пластинку из жароустойчивого материала: слюды, керамики.

Электрический стерилизатор предназначен для стерилизации прививочных материалов и инструментов, нагреванием до температуры кипения воды. Нагревательный элемент в нём располагается снизу. Стерилизатор наполняется водой и включается в электрическую цепь переменного тока напряжением 220В. Назначение такого прибора – стерилизация медицинских шприцев нагреванием воды до температуры кипения (100˚С). В настоящее время используется одноразовые шприцы, и этот прибор практически не находит применения.

Электрический сухожаровой шкаф используется для стерилизаций металлических инструментов (пинцетов, щипцов, скальпелей и т. п. ). В нём происходит нагревание воздуха до температуры 160 – 180˚С в течение 60 минут. Кроме того, возможен режим – подсушка – при температуре 80 - 90˚С в течение 15 минут. Нагревательные элементы в данном стерилизаторе располагаются под цилиндрическим кожухом прибора на одинаковом расстоянии друг от друга, и представляют собой прямые трубки из проводника с большим удельным сопротивлением толщиной примерно 1,5 см и длиной 30 см. Сухожаровой шкаф включается в цепь переменного тока напряжением 220 В с заземлением, поэтому для подключения в сеть используется вилка с тремя штекерами.

10. Холодильник

В медицинском кабинете есть холодильник . Он используется для хранения бактериальных препаратов для прививок: туберкулин + БЦЖ; АДС – М, корь, паратит, вирусный гепатит, краснуха.

Действие холодильника заключается в том, что от более холодного тела, находящегося в морозильнике, отнимается некоторое количество теплоты и передается более нагретому телу. Этим более нагретым телом является воздух в комнате, который в результате работы холодильника нагревается до еще более высокой температуры.

Холодильник и воздух комнаты не составляют замкнутую систему. Холодильник подключен к электрической сети, а работу совершает его электродвигатель. Следовательно, переход тепла от холодного тела к горячему не является единственным результатом работы холодильника, так как за счет работы электродвигателя этот процесс сопровождается превращением энергии электрического тока во внутреннюю энергию.

Рабочим телом в компрессионном холодильнике служит жидкость, имеющая низкую температуру кипения, которой заполнена система конденсатора и испарителя. Компрессор, приводимый в действие электродвигателем, откачивает пары этой жидкости из испарителя и нагнетает их в конденсатор. При сжатии газ нагревается. Охлаждение его до комнатной температуры происходит в конденсаторе, расположенном обычно на задней стенке холодильного шкафа. Охлажденный до комнатной температуры при повышенном давлении, создаваемом в конденсаторе с помощью компрессора, газ переходит в жидкое состояние. Из конденсатора жидкость через капиллярную трубку поступает в испаритель. Откачка паров из испарителя с помощью компрессора поддерживает в нем пониженное давление. При пониженном давлении в испарителе жидкость кипит и испаряется даже при температуре ниже 0°С. Энергия на испарение жидкости отбирается от стенок испарителя, вызывая их охлаждение. Откачанные пары поступают в кожух компрессора, оттуда снова в конденсатор и т. д. , по замкнутому кругу.

Самая низкая температура, которая может быть получена в испарителе (морозильной камере), определяется значением давления паров, так как температура кипения жидкости понижается с уменьшением давления. При постоянной скорости поступления жидкости из конденсатора в испаритель через капиллярную трубку давление паров в испарителе будет тем ниже, чем дольше работает компрессор. Если нет нужды добиваться понижения температуры в испарителе до предельно достижимого значения, то компрессор периодически останавливается путем выключения электромотора, приводящего его в действие. Компрессор включается автоматом, следящим за поддержанием в холодильном шкафу заданной температуры.

11. Кварц – бактерицидная лампа .

Это источник ультрафиолетового излучения – излучения в диапазоне частот 8*1014 – 3*1016 Гц. В малых дозах ультрафиолетовое излучение оказывает благотворное оздоровительное влияние на человека, активизируя синтез витамина D в организме, а также вызывая загар. Большая доза ультрафиолетового излучения может вызвать ожог кожи и раковые новообразования. Кроме того, чрезмерное ультрафиолетовое излучение ослабляет иммунную систему организма, способствуя развитию некоторых заболеваний.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 300 нм деполимеризует нуклеиновые кислоты и разрушает протеины, нарушая жизненные процессы в организме. Поэтому в малых дозах такое излучение обладает бактерицидным действием, уничтожая микроорганизмы. Для этих целей используется ультрафиолетовое излучение в медицинском кабинете.

Человеческий глаз не видит ультрафиолетового излучения, так как роговая оболочка глаза и глазная линза поглощают ультрафиолет.

Кварцевание кабинета проводят регулярно: каждые 15 минут после часа работы для очистки воздуха кабинета от микробов и вирусов

Выводы и заключение.

Целью нашей работы было выяснить, какие медицинские приборы используются в школьном медпункте и объяснить их работу на основе физических явлений.

Для работы мы выбрали следующие приборы: медицинский термометр, тонометр, ростомер, медицинские весы, пипетку, медицинский шприц, медицинские банки, электрические стерилизаторы, холодильник, кварц – бактерицидную лампу. Кроме того, мы рассмотрели глаз как физический прибор и способы устранения дефектов зрения.

Мы изучили устройство этих приборы и узнали, для чего они предназначены, как используются на практике. Самостоятельно попробовали их применить или наблюдали за их действием.

Мы выяснили, что действие термометра основано на тепловом расширении жидкостей, а тонометра – на законах движения жидкостей, строение глаза и действие очков по коррекции зрения основаны на законах преломления лучей света. Медицинские весы – это неравноплечный рычаг, для которого выполняется правило рычага, установленное Архимедом. Существованием атмосферного давления объясняется действие многих приборов: пипетки, банок, шприца (кроме того, здесь действует закон Бернулли для движущихся жидкостей). Тепловое действие электрического тока используется в электрических стерилизаторах. Действие холодильника основано на законах термодинамики, а действие кварц-бактерицидной лампы – на свойствах ультрафиолетового излучения.

Также мы провели анкетирование учащихся 8-11 классов с целью выяснения их знаний об используемых медицинских приборах и о значении физических знаний в медицине. В ходе анкетирования стало ясно, что более половины опрошенных учащихся называют до трёх медицинских приборов, которые используются в школьном медпункте и работу которых они могут объяснить. Только около 10% ребят называют более 5 приборов, причем в основном это учащиеся 10- 11 классов.

По результатам анкетирования стало ясно, что выбранная тема актуальна и вызывает интерес у учащихся, а проведенная нами работа имеет большое значение для пропаганды физических знаний.

В ходе выполнения работы мы ещё раз убедились в том, что физика – фундамент всех наук о природе и о человеке, физические законы способны объяснить всё, что происходит в окружающем мире. И самое главное, без физики не было бы и медицины, знание физических законов необходимо в медицине. Со своей работой мы познакомили учащихся нашего класса и выступили на районном конкурсе «Магистры физики». А после анализа результатов анкетирования учащихся мы составили небольшой сборник задач по данной теме (Приложение 3) и буклет «Физика в школьном медпункте» .