Medizin (Fach) / Physik Praktikum 3 (Lektion)

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  • Künstliche Niere Zweck Entfernung von schädlichen Stoffwechselabbauprodukten (Harnstoff, Kreatinin, … ) und Wasser aus dem Blutkreislauf , lebenswichtige Substanzen (Salze, Proteine, Blutzellen, …)bleiben
  • Künstliche Niere Methode Diffusion vom Blutkreislauf (mit hoher Konzentration der zu entfernenden Stoffe) über eine semipermeable Membran hin zu einer Lösung mit einer geringen Konzentration
  • Diffusion Durch thermische Bewegung vonMoleküle kommt es zu selbständiger Durchmischung = Ausgleich von Konzentrationsunterschieden
  • Gesetz von Frick m/t = -D*A*dc/dx Masse pro Zeit, die durch Fläche diffundiert, ist proportional zu D … Diffusionskonstante, (abhängig von T, Lösungsmittel, Teilchengröße) A … Fläche dc/dx ... Konzentrationsgradient  
  • Konzentrationsgradient dc/dx Ableitung von c(x)) = wie schnell sich räumlich die Konzentration ändert
  • Osmose Diffusion - Membran durchlässig nur für Lösungsmittel (Wasser)
  • Dialyse Diffusion - Membran durchlässig für niedrigmolekulare Substanzen (kleine Moleküle) = wie ein Sieb mit kleinen Löchern
  • Erythrozyt in reinem Wasser hypoton, osmotischer Druck in Lösung niedriger als in Zelle → Erythrozyt verschrumpelt
  • Erythrozyt in konzentrierter Lösung hyperton, osmotischer Druck in Lösung höher als in Zelle → Erythrozyt platzt
  • Erythrozyt in physiologischer Kochsalzlösung (0,9%) isoton → keine Veränderung
  • Osmotischer Druck π = R*T*cosmol -          R… Gaskonstante (8,314 J/mol K) -          T … absolute Temperatur (K) -          Cosmol … Anzahl der osmotisch aktiver Teilchen pro Volumen (mol/m3)
  • Absoluter Nullpunkt -273,15° C = 0 K
  • Gefrierpunkt von Wasser 0°C = 273,15 K
  • 1 Mol 6x10^23 Teilchen einer Substanz 
  • Stoffmenge n in Mol n = m/M (Masse/molare Masse)
  • Molare Masse von C 1 Mol = 12 g
  • Molare Masse von H2 1 Mol =  2g
  • Molare Masse von Wasser 1 Mol = 18g
  • Molarität = Stoffmengenkonzentration: cosmol = n/V Bsp.: 1-molare Lösung = 1 Mol in 1 Liter Lösung
  • Osmolarität Stoffmengenkonzentration osmotisch wirksamer Teilchen - beim Lösen in Wasser dissoziieren Salze  cosmol = a*cmol = a* n/V a ... Korrekturfaktor (z.B.: NaCl in Wasser; a= 2)
  • Versuch künstliche Niere Salzlösung (“Blut”) — Membran — Wasser (“Dialysat”)Messung der Salzkonzentrationen mittels elektrischer Leitfähigkeit
  • zeitlicher Verlauf der Konzentrationsdifferenz Δc(t) = Δc0 e^-(Cl/V)*tΔc0 ... Konzentrationsunterschied am AnfangCl ... Clearance = Maß für Reinigungsleistung Niere [ml/min]V ... Volumen Blutkreislauf
  • gute Clearance kurze HWZ
  • Halbwertszeit Zeitspanne t1/2 bis Δc0 auf die Hälfte gesunken ist Δc0/2 = Δc0*e^-(Cl/V) * t1/2 → t1/2 = ln(2) V/Cl
  • Wellen Wellenlänge λ [m]; Ausbreitungsgeschwindigkeit c [m/s]; Frequenz f [Hz = 1/s]; zeitliche Periode T [s]
  • Wellengleichung c = lambda *f
  • Ultraschall hörbarer Schall ca. 16 Hz – 20 kHz, Ultraschall > 20 kHz
  • Erzeugung Ultraschall piezoelektrisches Material, z.B. Quarzkristall - Anlegen einer elektrischen (Wechsel-)Spannung bewirkt Verformung (und umgekehrt)
  • Resonanz schwingungsfähiges System anregen falls Anregungsfrequenz gleich Eigenfrequenz → maximale Amplitude
  • Impuls-Echo Verfahren Aus Laufzeit t eines Pulses (hin- und zurück) bis Empfang Echo lässt sich der Abstand d bestimmen; d = 0,5c*t
  • Reflexion von Schall an der Grenzfläche zwischen zwei Materialien, falls Änderung der akustischen Impedanz vorliegt
  • akustische Impedanz Z = ρ*c ρ ... Dichte c ... Schallgeschwindigkeit
  • reflektierter Anteil der Schallintensität Ir/I0 = [(Z1-Z2)/(Z1+Z2)]^2
  • Abschwächung der Intensität I = I0*e^-αd d ... Dicke des Materials α ... Abschwächungskoeffizient [m^-1]
  • Dezibel (dB) = logarithmische Einheit für Verstärkung bzw. Abschwächung der Schall-Intensität Q = 10 lg( I/I0) dB   = 20 lg( A/A0) dB (Intensität steigt uadratisch mit der Amplitude A)
  • I = 10*I0 Q = +10 dB Verstärkung
  • I = 100 I0 Q = +20 dB Verstärkung
  • I = 0,1 I0 Q = -10 dB Abschwächung
  • Doppler-Effekt = Bewegen einer Schallquelle bewirkt Frequenzveränderung für ruhenden Beobachterf1 = f0 +/- f0*v/c    = f0 (1 +/- v/c)
  • Bei Schall-Reflexion an bewegtem Objekt f1 = f0 +/- f0*2v/c
  • Schwebung Überlagerung zweier Schwingungen mit ähnlichen Frequenzen f1 und f2 führt zu periodischer Änderung der Amplitude (Schwebung) mit Schwebungsfrequenz: fS = Δf = f2 - f1

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