Hệ số khuếch tán là gì

Contents

• 1 Hiện tượng khuếch tán
• 2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán
• 3 Đặc điểm của bệnh viêm phổi, phù phổi cấp trong quá trình khuếch tán

Bản chất là sự trao đổi khí thụ động giữa phế nang với máu [ qua 1 cấu trúc gọi là màng khuếch tán, gồm vách phế nang và vách mao mạch…]. Mức chệnh lệch áp suất chất khí hai bên màng, tổng diện tích vách phế nang, độ dày của nó và độ hòa tan từng chất khí quyết định tốc độ khuếch tán mỗi loại khí.

Áp lực oxy ở phế nang cao hơn trong máu, khí cacbonnic trong phế nang thấp hơn. Bình thường áp lực oxy ở trong phế nang là 100mmHg, trong mao mạch là 40mmHg. Hệ số phân áp oxy  là 60mmHg. Do vậy oxy từ phế nang vào máu. Trong khi đó cacbonic trong mao mạch phổi là 50mmHg, còn trong phế nang là 40mmHg. Chênh lệch phân áp là 10mmHg nên cacbonic từ máu vào phế nang.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán

• Diện khuếch tán: là mặt phế nang thông khí tốt, tiếp xúc với hệ mao mạch phổi có tuần hoàn lưu thông tốt

Mặt khác, áp lực oxy ở phế nang phải cao hơn trong máu, khí cacbonic trong phế nang phải thấp hơn

• Màng khuếch tán: còn gọi là màng trao đổi, dày khoảng 4µm, gồm 3 lớp chính: lớp dịch tráng trong phế nang, màng phế nang, thành mao mạch phổi. Các chất khí muốn khuếch tán phải hòa tan trong lớp dịch tráng trong phế nang.

Độ hòa tan của cacbonic lớn hơn oxy là 24 lần, do đó khả năng khuếch tán của cacbonic lớn hơn oxy 20 lần. tỉ lệ oxy khí quyển lớn gấp 500 lần tỉ lệ cacbonic. Nếu độ chênh lệch phân áp 2 bên màng là 1mmHg thì trong 1 phút oxy khuếch tán 20ml, cacbonic khuếch tán 17ml. trong trường hợp lao động nặng khả năng khuếch tán của oxy còn tăng cao 60 – 70ml/phút/1mmHg.

• Hệ số khuếch tán: khả năng khuếch tán của phổi còn phụ thuộc vào độ chênh lệch phân áp chất khí ở trong phế nang và mao mạch phổi. áp lực oxy ở phế nang phải cao hơn trong máu, khí cacbonnic trong phế nang phải thấp hơn. Bình thường áp lực oxy ở trong phế nang là 100mmHg, trong mao mạch là 40mmHg. Hệ số phân áp oxy là 60mmHg. Do vậy oxy từ phế nang vào máu. Trong khi đó cacbonic trong mao mạch phổi là 50mmHg, còn trong phế nang là 40mmHg. Chênh lệch phân áp là 10mmHg nên cacbonic từ máu vào phế nang.

Thực sự mức độ khuếch tán [D] của 1 chất khí qua màng phụ thuộc vào 5 yếu tố:

hệ số áp lực khuếch tán: sự chệnh lệch áp lực khí hai bên màng càng lớn thì lưu lượng khuếch tán càng lớn.

diện tích màng: diện tích màng càng rộng lưu lượng khuếch tán càng lớn

độ dày màng, càng nhỏ lưu lượng khuếch tán càng lớn

phân tử lượng, càng nhỏ lưu lượng khuếch tán càng lớn

độ hòa tan, càng tăng lưu lượng khuếch tán càng lớn

Đối với chức năng khuếch tán ở phổi thì:

• Các thông số MW, A là không đổi trong khuếch tán khí từ phổi vào máu
• Các thông số thay đổi do bệnh lí là:d, S.

Đặc điểm của bệnh viêm phổi, phù phổi cấp trong quá trình khuếch tán

Bệnh viêm phổi: lớp nước lót trong phế nang dày lên, làm dày màng khuếch tán gây rồi loạn khuếch tán.

Phù phổi cấp: là tình trạng các phế nang ngập nước [ huyết tương, hồng cầu]

Dẫn tới:

• Diện khuếch tán giảm vì phế nang chứa đầy nước, bọt do xung huyết tuần hoàn
• Màng khuếch tán dày do các phế nang phù nề tiết dịch
• Hiệu số khuếch tán giảm ở những phế nang chứa đầy nước thì hiệu số khuếch tán bằng không.

copy ghi nguồn : daihocduochanoi.com

Link bài viết tại : Hiện tượng khuếch tán và các yếu tố ảnh hưởng

Khi một giọt mực nhẹ nhàng được đưa vào nước, nó chìm xuống trong khi vẽ các mẫu khác nhau, nhưng tại thời điểm đó, phần màu từ từ lan ra xung quanh và có thể được nhìn thấy mỏng đi. Hoa văn được tạo ra bởi phần tối được tạo ra bởi dòng chảy của mực và nước do một chút khác biệt về trọng lượng riêng, nhưng hiện tượng lan truyền chậm xung quanh là sự khuếch tán. Khói thuốc và khói lửa có thể bốc lên hoặc bay ngay cả trong những ngày không có gió do đối lưu, v.v ... Nếu khói có cùng nhiệt độ có thể được đặt nhẹ trong không khí, khói sẽ bay rất chậm xung quanh. Đây là một hiện tượng khuếch tán. Ví dụ, khói đôi khi đứng như một thị trấn vào buổi tối cuối thu khi không có gió, nhưng cuối cùng nó biến mất khi thời gian trôi qua. Khi xi lanh oxy được mở, ngay cả khi áp suất xi lanh giống như áp suất không khí bên ngoài, oxy bên trong cuối cùng sẽ trộn với không khí bên ngoài, và tỷ lệ nồng độ của nitơ với oxy bên trong và bên ngoài xi lanh sẽ tăng lên. Sẽ được thống nhất ở mọi nơi. Đây cũng là sự khuếch tán, nhưng hiện tượng các chất khác nhau [trong trường hợp này là oxy và nitơ] được trộn lẫn với nhau để chúng có cùng tỷ lệ nồng độ được gọi là khuếch tán lẫn nhau. Mặt khác, khi hai bình oxy có áp suất khác nhau [một có thể là chân không] được kết nối, khí oxy chảy từ áp suất cao hơn đến áp suất thấp hơn để mật độ của cả hai là như nhau. Đây cũng là một hiện tượng khuếch tán, và khuếch tán trong cùng một loại vật liệu được gọi là tự khuếch tán. Khi trà nóng được thêm vào bát trà, nó sẽ dần nóng lên bên ngoài. Đây là một hiện tượng khuếch tán năng lượng nhiệt trong chất rắn, được gọi là khuếch tán nhiệt. Tuy nhiên, căn phòng nóng lên trong bếp do sự đối lưu, và sự khuếch tán nhiệt trong không khí rất chậm.

Phương trình khuếch tán

Ý nghĩa của khuếch tán rất phổ biến, nhưng khuếch tán về mặt vật lý thường đề cập đến một hiện tượng trong đó chuyển động vĩ mô được mô tả bằng một phương trình khuếch tán. Phương trình khuếch tán này, còn được gọi là phương trình Fick, là sự kết hợp của hai định luật sau. Luật đầu tiên được gọi là luật đầu tiên của Fick. Lấy sự khuếch tán của mật độ làm ví dụ, dòng hạt tạo thành mật độ J này [đi qua diện tích đơn vị vuông góc với hướng dòng chảy trên một đơn vị thời gian] Số lượng hạt] tỷ lệ với độ dốc của và ngược lại với độ dốc này và được biểu thị dưới dạng J = -D gradρ. Hệ số tỷ lệ D này được gọi là hệ số khuếch tán. Đây là một luật gần đúng và sẽ không giữ nếu độ dốc của trở nên quá chặt. Khác là định luật bảo toàn số lượng hạt, được biểu thị bằng một phương trình gọi là phương trình liên tục kết nối tốc độ thay đổi thời gian của và độ dốc của J tại bất kỳ vị trí nào, / ∂ t = -div J. [ T là thời gian]. Điều này là hoàn toàn đúng. Hai quy tắc trên được kết hợp thành một phương trình vi phân một phần tuyến tính cho và / t = D [ 2 / ∂ x 2 + 2 / ∂ y 2 + 2 / ∂ z 2 ] D 2 Nó có thể được biểu thị là. Đây là phương trình của Fick. Nếu và J được thay thế bằng mật độ năng lượng và dòng năng lượng, phương trình của Fick trở thành phương trình khuếch tán năng lượng nhiệt. Do tốc độ thay đổi theo thời gian và không gian của mật độ năng lượng bằng với nhân với nhiệt dung riêng trong tốc độ thay đổi theo thời gian và không gian của từng nhiệt độ T, nên phương trình vi phân một phần tuyến tính ∂ cho phương trình Fick T T / t = D e 2 T. Đây là những gì thường được gọi là phương trình dẫn nhiệt. Do hệ số dẫn nhiệt là hệ số tỷ lệ giữa độ dốc của dòng năng lượng và T, được nhân với hệ số khuếch tán nhiệt cụ thể D e của năng lượng nhiệt.
→ Sự dẫn nhiệt

Không thể khuếch tán

Luật đầu tiên của Fick là không thể đảo ngược. Đó là, khi có một quá trình khuếch tán nhất định, người ta khẳng định rằng không thể có một quá trình đảo ngược hướng của thời gian. Trên thực tế, một cục mực xuất hiện trong một hồ nước sạch, năng lượng tập hợp một cách tự nhiên trong biển và không khí, một phần nước biển phía bắc bắt đầu sôi lên và thành phố chỉ còn một mình nitơ. Hiện tượng đảo ngược của khuếch tán, chẳng hạn như sự xuất hiện của không khí thiếu oxy, là không thể. Khuếch tán càng lớn càng tốt trong các điều kiện do thiên nhiên ban tặng Sự hỗn loạn Đó là một biểu hiện của con số đang cố gắng có được, và luôn đi kèm với thế hệ entropy. Ngay cả trong một hệ thống không cân bằng như vậy, định luật Fick được thiết lập dựa trên giả định rằng trạng thái cân bằng nhiệt được thiết lập gần mỗi điểm trong không gian. Tiền đề này được gọi là cân bằng cục bộ. Giả định này được sử dụng ngầm khi nhiệt độ thay đổi từ nơi này sang nơi khác.

Từ quan điểm trên, khuếch tán có thể được kết hợp vào khung nhiệt động của các quá trình không thể đảo ngược. Độ dốc mật độ là một lực nhiệt động có xu hướng gây ra dòng chảy không thể đảo ngược và định luật đầu tiên của Fick là một quy luật tuyến tính bởi vì dòng chảy tỷ lệ thuận với lực này. Do đó, phương trình khuếch tán là một trong những phương trình quá trình tuyến tính không thể đảo ngược. Vì chúng ta đang ở trong khuôn khổ của các quá trình không thể đảo ngược tuyến tính, Tiềm năng hóa học Trong trường hợp dòng khuếch tán của một hệ thống bị kẹp giữa hai hạt có nhiệt độ khác nhau hoặc dòng nhiệt của hệ thống bị kẹp giữa hai nguồn nhiệt có nhiệt độ khác nhau, điểm đạt đến điểm bắt đầu là trạng thái ổn định. lanhung.

Có thể nói rằng phương trình khuếch tán đã thu hút sự chú ý của nhiều người sau khi JBJ Fourier thảo luận về giải pháp không ổn định của phương trình dẫn nhiệt. Đây cũng là loạt Fourier Cũng là lần xuất hiện đầu tiên. Tuy nhiên, độ sâu của nhiệt động lực học của các quá trình không thể đảo ngược vẫn chưa cảm thấy ở đó.

Lý thuyết phân tử khuếch tán

Cơ sở phân tử của phương trình khuếch tán được đưa ra bởi hai cách tiếp cận hoàn toàn khác nhau. Một là sự khuếch tán của các hạt keo [hạt mịn] lơ lửng trong chất lỏng ở trạng thái cân bằng nhiệt. Tại thời điểm này, nhiều phân tử luôn va chạm với các hạt keo từ mọi hướng. Kết quả là, lực nhận được bởi các hạt keo được tính trung bình tại hầu hết mọi thời điểm và gần như bằng 0, nhưng không thể được coi là hoàn toàn bằng không vì các hạt nhỏ. Sức mạnh còn lại này liên tục biến động. Kết quả là, có thể nhìn thấy chuyển động Brown của các hạt keo, nhưng chuyển động này không được xác định bởi tính xác định mà bị chi phối bởi các định luật xác suất. Ở đây, phương trình Smolkovsky mô tả xác suất phân phối các hạt keo bắt đầu từ một vị trí nhất định sẽ mất trong không gian theo thời gian. Bắt đầu từ phương trình này, nếu sự thay đổi trong phân phối xác suất chậm về thời gian và không gian và không có bước nhảy vọt lớn, nó chỉ ra rằng phân phối xác suất tuân theo phương trình khuếch tán. Do đó, mật độ của một số lượng lớn các hạt keo trôi nổi trong chất lỏng ở trạng thái cân bằng cũng tuân theo phương trình khuếch tán. Nếu một hạt keo có điện tích và điện trường ngoài được áp dụng cho hạt keo để tạo ra một lực F bên ngoài, hạt sẽ có vận tốc trung bình v . Mặt khác, lực mà hạt nhận được từ phân tử chất lỏng Ngay cả khi nó trung bình, nó không bằng 0 và nó trở thành lực kháng đối diện với v . Do điện trở này, v lắng xuống một giá trị không đổi tỷ lệ với ngoại lực F [ v = bF ]. Hệ số tỷ lệ này b Vận động Đó là nó. Einstein thấy rằng mối quan hệ D = kTb tồn tại giữa độ linh động b và hệ số khuếch tán D. Trong đó k là hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ tuyệt đối. đây là Biểu hiện quan hệ của Einstein Đây là một khám phá quan trọng cùng với việc phát hiện ra thuyết tương đối và hiệu ứng quang điện. Điều này là do khẳng định của Boltzmann rằng có chuyển động phân tử mạnh ở trạng thái cân bằng nhiệt trong đó tất cả các chuyển động dường như dừng lại, nhưng gián tiếp, bởi các đại lượng có thể quan sát được như D và b. Điều này là do.

Một cách tiếp cận khác đối với lý thuyết phân tử khuếch tán là rút ra các phương trình khuếch tán mật độ phân tử và mật độ năng lượng từ động học phân tử của chất khí và chất lỏng. Giả sử rằng va chạm tuân theo quy luật xác suất, giả sử rằng tử số có chuyển động tuyến tính không đổi trong hầu hết thời gian và nó chỉ va chạm khi va chạm với nhau. Điều này được thể hiện trong phương trình phân phối xác suất của vị trí và động lượng của phân tử theo sau. Phương trình Boltzmann Nó là. Giả sử rằng sự thay đổi thời gian và không gian của phân bố xác suất là nhẹ nhàng và giả sử rằng phân phối gần với trạng thái cân bằng cục bộ, mật độ hạt và mật độ năng lượng được chứng minh là tuân theo phương trình khuếch tán và hệ số khuếch tán được biểu thị bằng khối lượng của hạt. , Nó có thể được coi là một hàm của mật độ, cường độ va chạm, v.v ... Lý thuyết vi khuếch tán theo phương pháp này được phát triển muộn hơn nhiều so với lý thuyết Einstein về chuyển động Brown [1905], cùng với lý thuyết vi mô về các hệ số vận chuyển như như độ nhớt.

Nếu các hạt được đẩy thẳng mà không va chạm, hiện tượng tuân theo phương trình khuếch tán không thể xảy ra. Các hạt do va chạm Tuyến đường trung bình miễn phí Nó chỉ có thể đi thẳng như xa như đã nói. Do đó, khoảng cách từ điểm bắt đầu của hạt bắt đầu từ một vị trí nhất định không thể tách rời theo tỷ lệ với thời gian t , nhưng nhiều nhất là ở khoảng cách tỷ lệ thuận với \ [\ sqrt {t} \]. lanhung. Điều này giống như phong trào Brown, và đây là gốc rễ của hiện tượng khuếch tán.

Dẫn nhiệt rắn là Phonon Xuất phát từ phương trình Boltzmann, như trên, nhưng với những thách thức khác nhau. Ngoài ra, sự khuếch tán của các spin trong pha bị rối loạn của vật liệu từ tính và sự khuếch tán của các spin trong các electron dẫn cũng được mô tả bằng phương trình khuếch tán của Fick trong macro. Nguyên tử và ion trong chất rắn Khiếm khuyết mạng Đối với chuyển động, mỗi bước là một quá trình ngẫu nhiên, tương tự như chuyển động Brown, vì vậy chúng thể hiện một hiện tượng khuếch tán. Hydrogen được lưu trữ trong kim loại và sự di chuyển của hydro trong băng là những ví dụ về hiện tượng khuếch tán như vậy. Hiệu ứng đường hầm Điều này đôi khi được gọi là một hiện tượng khuếch tán lượng tử. Ở 0 độ tuyệt đối, hiện tượng khuếch tán kiểu Fick không thể tồn tại trong một hệ thống sạch. Điều này là do đường dẫn tự do trung bình trở nên dài vô tận và phong trào lưu động đóng băng.
→ Phong trào màu nâu
Takeo Izuyama