Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka
a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
Zadání samostatného cvičení:
4. Vlastnosti kapalin – povrchové napětí a viskozita
Klíčové pojmy:
povrchové napětí, kapilární jevy, kapilární deprese a elevace, povrchově aktivní látkytenzidy,
surfaktant, dynamická a kinematická viskozita, tření, laminární a turbulentní
proudění, newtonovské a nenewtonovské kapaliny, Raynoldsova číslo
Praktický význam:
S povrchovým napětím se setkáváme na rozhraní i v lidském těle na rozhraní tekutých a
tekutých a plynných látek, z nejzásadnějších příkladů je třeba uvést plicní alveoly a tenké
střevo při trávení tuků.
Viskozita, „tekutost“, kapalin má medicínsky význam, ať už uvažujeme o vlastních tělních
tekutinách (krev, hlen, žluč..), či o kapalinách vpravovaných do lidského těla. Velmi důležitým
jevem je změna viskozity při změně teploty, a to především u konkrétních léčiv.
4.1 Měření povrchového napětí pomocí stalagmometru
Cíl:
Určení povrchového napětí různě koncentrovaných roztoků žlučové kyseliny a srovnání s
povrchovým napětím vody.
Pomůcky:
stalagmometr, destilovaná voda, žlučová kyselina, váhy, váženky
Postup:
1) Na vahách zjistěte hmotnost suché váženky.
2) Do stalagmometru vlijte destilovanou vodu. Po odkapání několika kapek vložte pod
výtokovou část stalagmometru váženku a nechejte do ní odkapat 50 kapek.
3) Váženku s kapalinou zvažte a určete hmotnost 50-ti kapek.
4) Měření opakujte pro všechny roztoky kyseliny žlučové o různé koncentraci.
5) Povrchové napětí roztoků kyseliny se vypočítejte ze vztahu:
kde index ref označuje hodnoty pro srovnávací kapalinu (destilovanou vodu), její povrchové
napětí při dané teplotě najdeme v tabulce (viz doplňky)
Výstup:
Tabulka s přepočtenými hodnotami povrchového napětí pro jednotlivé roztoky žlučových
kyselin.
Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
Diskuze:
Dle naměřených hodnot seřaďte roztoky žlučových kyselin podle jejich předpokládané
koncentrace. Jak ovlivní nedostatek povrchově aktivních látek (surfaktantu) plicní alveoly?
4.2 Ověření povrchového napětí pomocí digitálního tenziometru
Cíl:
Ověření hodnot povrchového napětí roztoků žlučových kyselin a destilované pomocí
digitálního tenziometru.
Pomůcky:
Digitální tenziometr K9, destilovaná voda, žlučové kyselina, přiměřeně velké skleněné
kádinky
Postup:
1) Tenziometr zapněte stiskem ON.
2) Stiskem tlačítka MODE se nastaví režim PLATE (není-li již nastaven).
3) Do připravené skleněné kádinky u tenziometru vlijte vodu. 4) Otáčením pravého kolečka
pro hrubý posuv vyjeďte stolkem nahoru těsně pod spodní hranu destičky (k lepšímu
nastavení může pomoci sledování odrazu spodní hrany destičky na hladině kapaliny). POZORužíváte-li
kolečko pro hrubé nastavení, musí být povolen šroub na levé straně!!!!
5) Vynulujte systém pro měření síly stiskem tlačítka ZERO.
6) Nyní vyjeďte stolkem nahoru, aby došlo k celkovému smočení destičky.
7) Sjíždějte stolkem dolů a současně sledujte displej tenziometru. Těsně před odtržením
destičky od hladiny bude hodnota povrchového napětí největší. Tuto hodnotu zapište.
Měření opakujte stejným způsobem pro všechny dostupné koncentrace žlučové kyseliny.
Výsledky uveďte do tabulky
Výstup:
Tabulka s naměřenými hodnotami povrchového napětí pro jednotlivé roztoky žlučových
kyselin.
Diskuze:
Srovnejte naměřené hodnoty pro jednotlivé kapaliny s hodnotami naměřenými
stalagmometrickou metodou. Diskutujte možné chyby obou postupů vedoucí
k nepřesnostem absolutních hodnot výsledků.
4.4 Srovnání viskozity jodové kontrastní látky a fyziologického roztoku
Cíl:
Srovnání viskozity fyziologického roztoku a dvou jodové kontrastní látky
Pomůcky:
Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
Infuzní sety, fyziologický roztok, kontrastní látky 300mg/ml, stopky, plastové odměrné válce
25ml.
Postup:
Otočením kohoutu spusťte infuzní set, prvních 10ml odměrného válce nechte ustálit rychlost
toku, poté změřte za jak dlouho se naplní objemu další 10ml. Nemanipulujte s posuvným
regulátorem průtoku, který zůstává v nejvolnější poloze. Kapalinu z odměrného válce nalijte
zpět do příslušné infuzní lahve. Měření každou látku opakujte minimálně 3x.
Výstup:
Tabulka s naměřenými hodnotami rychlostmi průtoku jednotlivých roztoků.
Diskuze:
Jaký má vliv koncentrace jodu v kontrastní látce na její viskozitu. Jakými fyzikálními
mechanismy lze její viskozitu snížit?
4.5 Měření a výpočet kinematické viskozity v závislosti na rostoucí teplotě
Cíl:
Určení vztahu teploty a viskozity zkoumané kapaliny.
Pomůcky:
Ostwaldův viskozimetr, elektrický ohřívač s elektromagnetickou míchačkou, míchadlo, stojan
stopky, teploměr, vodní vývěva, kádinka, pipety, destilovaná voda, kapalina o neznámé
viskozitě.
Postup:
1) Na dno kádinky položte míchadlo, naplňte ji vodou z vodovodu a postavte na elektrický
ohřívač. Suchý a čistý Ostwaldův viskozimetr upevněte do stojanu a ponořte do vodní lázně
tak, aby její hladina byla, pokud možno nad zásobníkem v kapilárním rameni viskozimetru.
2) Do širšího ramene viskozimetru napipetujte 10ml roztoku kontrastní látky, zapněte
míchačku bez topení a po několika minutách změřte teplotu vodní lázně (T1)
3) Ke kapilárnímu rameni viskozimetru připojte hadičku z umělé hmoty (není-li již připojena)
a kapalinu nasajte pomocí zelené pumpy nad horní rysku v kapilárním rameni. Poté po
stisknutí bílého tlačítka na pumpě nechte kapalinu proudit do původní polohy a změřte čas
potřebný k poklesu hladiny kapaliny od horní rysky po dolní. Měření nejméně třikrát
zopakujte, tak abyste získaly alespoň tři výsledky s malým rozptylem, z nichž vypočítejte
průměrný čas.
4) Zapněte topení (míchačka stále míchá!) a sledujte teplotu vodní lázně, po dosažení teploty
o 5°C vyšší (T2) vypněte topení a popsaným způsobem změřte časy potřebné k poklesu
hladiny kapaliny v kapilárním rameni viskozimetru od horní rysky po dolní.
5) Stejným způsobem změřte časy průtoku při teplotách T3 a T4, které jsou vždy o 5°C vyšší
(T4 = T1 + 15°C).
Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
6) Viskozimetr vyprázdněte a vypláchněte destilovanou vodou. Připravte novou vodní lázeň a
ponořte do ní viskozimetr. Do širšího ramene viskozimetru napipetujte 10ml destilované
vody, zapněte míchačku bez topení a po několika minutách změřte teplotu vodní lázně (T1),
teplotu lázně pokud možno upravte tak aby byla stejná jako při měření neznámé kapaliny.
7) Obdobným způsobem změřte časy průtoku při teplotách T2, T3 a T4 vodní lázně.
8) Vytvořte tabulku výsledků měření. Vypočítejte kinematickou viskozitu zkoumané kapaliny
při teplotách T1 až T4. (Pro výpočet kinematické viskozity destilované vody použijte hodnoty
pro hustotu a dynamickou viskozitu destilované vody z tabulky uvedené v Doplňcích teorie).
Výstup: Vytvořte do jednoho souřadnicového systému graf závislosti kinematické viskozity
vody roztoku kontrastní látky na teplotě. Porovnejte naměřené hodnoty s hodnotami
uváděnými ve specifikacích kontrastní látky.
Diskuze:
V diskusi uveďte, jak mohou viskózní (elastické, visko-elastické) vlastnosti látek ovlivňovat
funkčnost různých biologických objektů (na buněčné, tkáňové i orgánové úrovni)