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Zurück zur ersten Seite 1 Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten Prof. Dr. Alois Putzer Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten.

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1 Zurück zur ersten Seite 1 Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten Prof. Dr. Alois Putzer Physik für Mediziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten SS Vorlesung Prof. Dr. Alois Putzer

2 Zurück zur ersten Seite 2 Plan : Nächste Vorlesungen Heute Strömungen, Blutkreislauf Anschließend : Wärme Übungsblatt : (Lösungen werden in der Vorlesung besprochen +Internet) Folien ab jetzt auch als.pdf files (6 Folien / Seite)

3 Zurück zur ersten Seite 3 Hagen-Poiseuille Das Hagen-Poiseuille Gesetz beschreibt die Strö- mung einer Flüssigkeit durch ein Rohr mit Radius R, Länge L und einer Druckdifferenz Für den Volumenstrom (Volumen/Zeit) erhält man: Anwendungsbeispiel : Blutkreislauf

4 Zurück zur ersten Seite 4 Stokes Das Gesetz von Stokes beschreibt die Bewegung einer Kugel durch eine Flüssigkeit. Auf diese Kugel wirken die Gewichtskraft G, die Auftriebs- kraft F A und die Reibungskraft F S. Wenn keine resultierende Kraft mehr auf die Kugel wirkt, nimmt die Kugel eine konstante Geschwin- digkeit v S ein (Sedimentationsgeschwindigkeit). Aus der Sedimentationsgeschwindigkeit läßt sich die Zähigkeit der Flüssigkeit berechnen. Anwendung: Blutsenkung

5 Zurück zur ersten Seite 5 Laminare und turbulente Strömung Reynoldsche-Zahl Kapillaren : Re=0,01:lamina r Aorta: Re=5000:turbulent

6 Zurück zur ersten Seite 6 Strömungsvorgänge Strömung von Flüssigkeiten(später auch von Wärme und Elektrizität) Im menschlichen Körper spielen Ströme eine wichtige Rolle Transport energiereicher Moleküle zu den Zellen Sauerstofftransport im Blut Transport von Medikamenten.

7 Zurück zur ersten Seite 7 Strömungswiderstand Analog zum Ohmschen Gesetz : U = R I

8 Zurück zur ersten Seite 8 Blutkreislauf

9 Zurück zur ersten Seite 9 Wärme Wärme Temperatur, Wärmemenge, -kapazität Temperatur, Wärmemenge, -kapazität Versuch: Wärmekapazität Versuch: Wärmekapazität Ausdehnung Ausdehnung Gasgesetze Gasgesetze Osmose, Diffusion (Stoffaustausch) Osmose, Diffusion (Stoffaustausch) Tiefe Temperaturen Tiefe Temperaturen Lokalanästhesie,Kältetherapie Lokalanästhesie,Kältetherapie Wärmestrahlung, Wärmeleitung Wärmestrahlung, Wärmeleitung Grundumsatz, Wärmehaushalt Grundumsatz, Wärmehaushalt

10 Zurück zur ersten Seite 10 Temperaturabhängige Größen Aggregatzustand Länge (Volumen) Elektrische Leitfähigkeit Schallgeschwindigkeit Reaktionsgeschwindigkeit

11 Zurück zur ersten Seite 11 Temperatur : Maß für die mittlere Energie der Moleküle Einheit der Temperatur T : [K] (Kelvin) Für Wasser bei Athmosphärendruck: Gefrierpunkt : 0 °C = 273,15 K Siedepunkt : 100 °C = 373,15 K Chemische Reaktionen im Körper sind stark temperaturabhängig => Kerntemperatur muß annäher nd konstant gehalten werden.

12 Zurück zur ersten Seite 12 Wärmemenge und Wärmekapazität Wärmemenge (Wärmeenergie): Q [J] 1 J = 0,239 cal (Kalorie) 1 cal = 4,19 J = Wärmemenge, um 1g Wasser von 14,5 °C auf 15,5 °C zu erwärmen Zusammenhang zwischen Wärmemenge Temperaturänderung: C=Wärmekapazität des Körpers : [J/K] c=spezifischeWärmekapazität : [J/gK]

13 Zurück zur ersten Seite 13 Längen- (Volumen-) Ausdehnung Längenänderung Volumenänderung Bei thermischen Dehnungen treten sehr große Kräfte auf. Spannungen treten bei Temperaturänderung auf, wenn man Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten fest miteinander verbindet. (Bi-Metall, Implantate)

14 Zurück zur ersten Seite 14 Ruhende Gase 3 Zustandsgrößen : Volumen V, Druck p und Temperatur T Gasmoleküle bewegen sich statistisch (Brownsche Molekularbewegung) Gesetz von Boyle-Mariotte: p V = konst. (T = konst.)

15 Zurück zur ersten Seite 15 Isotherme (gleiche Temperatur) pV = konst. (T=konst.)

16 Zurück zur ersten Seite 16 Luftdruck Am Erdboden: Dichte : 1,2 kg/m³ Druck : 1013 hPa Luftdruck und Dichte nehmen exponentiell mit der Höhe ab.

17 Zurück zur ersten Seite 17 Geschwindigkeitsverteilung der Gasmoleküle für verschiedene T.

18 Zurück zur ersten Seite 18 Wärme als thermische Energie Ther mische Energie = kinetische und potentielle Energie der Moleküle. Bei Gasen tritt nur kinetische Energie auf. Die Gesamtenergie(W kin ) ist die Summe der kinetischen Energien aller Gasmoleküle. Bei jedem Stoß der Gasmoleküle an die Ge- fäßwand wird der Impuls p=2mv übertragen. pV = 2/3 W kin Bei steigender Temperatur steigt die kinetische Energie der Gasmoleküle.

19 Zurück zur ersten Seite 19 Ausdehnung von Gasen(1) Normzustand (V 0 ) festgelegt bei: T = 273,15 K, p = 1013 hPa Gase haben nur Volumenänderung: Bei isobarer Erwärmung (p=konst.) Bei 0K (absoluter Nullpunkt) ist für ideale Gase V(T) = 0.

20 Zurück zur ersten Seite 20 Ausdehnung von Gasen(2) Bei isochorer Erwärmung (V=konst.) Isotherme (T=konst.) pV = konst Isochore (V=konst.) p proportional T Isobare (p=konst.) V proportional T Für ideale Gase:.pV = N k T = n R T (Erklärung später)

21 Zurück zur ersten Seite 21 Zustandsgleichung (Ideale Gase) Unter Normalbedingungen nimmt 1 mol eines idealen Gases das Molvolumen = 22,41 Liter ein. Zustandsgleichung für 1 mol pV = N A k T = R T k = 1, J/K (Boltzmann-Konst.) R = 8,31 J/(mol K)= molare Gaskonstante Für beliebige Gasmengen: p V = n R T n = Anzahl der Mole


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