física aplicada a la anestesiología

Física Aplicada a la Anestesiología

Aspectos básicos

Dra. Ediovely M. Rojas D.Residente de Primer Año de Post – Grado Anestesiología

Ciudad Ojeda, Abril del 2014

República Bolivariana de VenezuelaMinisterio de Salud y Desarrollo SocialInstituto Venezolano del Seguro Social

Hospital Dr. Pedro García ClaraCiudad Ojeda – Estado Zulia

Ciencias experimentales

Aquellas que por sus características y, particularmente por el tipo de problemas de los que se ocupan pueden someter sus afirmaciones o enunciados al juicio de la experimentación.

SI. 8° Edición. 2° Edición en Español. 2006

Átomo

Es la unidad de materia que se considera como la menor cantidad que puede tomarse de un elemento sin que este pierda las características y propiedades que lo identifican como tal.

Brugna, E. Física y aparatos en Anestesia. Buenos Aires.

Molécula

Dos o mas átomos iguales o no, enlazados entre si por el mecanismo de las valencias determinan las propiedades físicas de la materia.


No es más que un valor particular de la magnitud considerada, tomada como referencia, y el número es el cociente entre el valor de la magnitud considerada y la unidad


Unidad

La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad.


Física aplicada a la anestesiología

Física aplicada a la anestesiología

La operación que permite expresar una propiedad o atributo físico en forma numérica es precisamente la Medida.


Estados de la materia

La materia se presenta en función del tipo de átomos y moléculas que la constituyen y de su contenido energético.

Cambios de estado de la materia

SOLIDO

LIQUIDO

VAPOR (GAS)

Fusión

Vaporización

Solidificación

Condensación

Cambios de estado de la materia

Evaporación: fenómeno de superficie

Ebullición: fenómeno de masa


Densidad

Es la masa de una unidad de su volumen: D=m/V

En las sustancias puras la densidad depende del peso molecular y del grado de conglomeración de sus moléculas, dependiendo este a su vez, del grado de cohesión o atracción intermolecular y de la temperatura


Densidad relativa

La densidad relativa de una sustancia es el cociente entre su densidad y la de otra sustancia diferente que se toma como referencia o patrón.


Densidad

El peso de un litro de aire a nivel del mar y a 20° esta dado por la suma de los pesos del oxigeno y del nitrógeno que lo forman(no tienen cuenta los gases raros). Las proporciones de esos dos gases en el aire son 21% y 79% respectivamente y sus pesos específicos (densidades) 1.33gm/lit y 1.17gm/lit (siempre considerados a nivel del mar y a 20°). Es decir que el total de 1000m³ de aire esta formado por 210cm³ de oxigeno (21%) y 790cm³ de nitrógeno (79%)


Volumen especifico

Es el espacio ocupado por un gramo de la mismo.

Es inversamente proporcional a la densidad


Calor y calor especifico

Es la energía que puede ser entregada o sustraída de la materia. Toda sustancia debe recibir o entregar una determinada cantidad de calor para cambiar su temperatura

Cuando la unidad de masa de cualquier sustancia aumenta su temperatura en un grado centígrado es porque ha asimilado una cantidad de energía calorífica


Concentración

Se refiere al número de partículas en un volumen determinado.

Cuando la concentración aumenta, la frecuencia de colisiones aumenta y la reacción se acelera, y al disminuir la concentración, disminuye la velocidad. En las soluciones acuosas la concentración aumenta al disolver mas cantidad de especie.


Gas

Sustancia que a presión y temperatura ambiente, solo existe en estado gaseoso, se comprimen dentro de bombonas y se administran tras una simple expansión.

Esta formado por moléculas y átomos separado por grandes espacio vacíos; de ahí su grande expansibilidad y compresibilidad.


Magnitudes

Se denominan magnitudes a ciertas propiedades o aspectos observables en un sistema físico que pueden ser expresados en forma numérica.

El valor de una magnitud se expresa generalmente como el producto de un número por una unidad

Por ejemplo

V = 25 m/s = 90 km/h


Tipos de Magnitudes

Magnitudes fundamentales: constituyen la base de los sistemas de

medida empleados en física.

Magnitudes derivadas: Son potencias o conjunto de las

magnitudes fundamentales.


Sistema Internacional de Unidades

Definen un conjunto básico de unidades de medida a partir del cual se derivan el resto.



Conferencia General de Pesas y Medidas – 1948 – 9°


Longitud, masa, tiempo, intensidad de corriente eléctrica, temperatura termodinámica, cantidad de sustancia e intensidad luminosa




Sistema Internacional de Medidas

Unidades básicas

Unidades Derivadas

Unidad de longitud (Metro)Unidad de Masa (Kilogramo)Unidad de Tiempo (Segundo)Unidad de intensidad de la corriente eléctrica (Amperio)Unidad de la temperatura termodinámica (Kelvin)Unidad de Cantidad de sustancia (Mol)Unidad de intensidad luminosa (candela)


Unidades de Longitud (Metro)

El metro es la longitud de la trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.


Unidad de Masa (Kilogramo)

El kilogramo es la unidad de masa; es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo.

Platino iridiado


Unidad de tiempo

se definió originalmente como la fracción 1/86 400 del día solar medio

El segundo es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133


Unidad de Intensidad de corriente eléctrica (Amperio)

es la intensidad de una corriente constante que, manteniéndose en dos conductores paralelos, rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a una distancia de 1 metro uno del otro, en el vacío, produciría entre estos conductores una fuerza igual a 2 × 10-⁷ newton por metro de longitud.


Unidad de Temperatura Termodinámica (Kelvin)

El kelvin, unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

La unidad de temperatura Celsius es el grado Celsius, símbolo o C, cuya magnitud es igual por definición a la del kelvin

t/o C = T/K − 273,15


Unidad de cantidad de sustancia (Mol)


Se usaban unidades denominadas por ejemplo “átomo-gramo” y “molécula-gramo” para especificar las cantidades de elementos y compuestos químicos

La magnitud utilizada por los químicos para especificar la cantidad de elementos o de compuestos químicos se denomina “cantidad de sustancia”.

Unidad de cantidad de sustancia (Mol) La cantidad de sustancia se define como

proporcional al número de entidades elementales especificadas de una muestra, siendo la constante de proporcionalidad una constante universal idéntica para todas las muestras.

Se define fijando la masa de carbono 12 que constituye un mol de átomos de carbono 12. Por acuerdo internacional, esta masa se ha fijado en 0,012 kg, o sea 12 g.

Unidad de Intensidad luminosa (Candela)

La candela es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 × 1012 hercio y cuya intensidad energética en dicha dirección de 1/683 vatio por estereorradián


Unidades Fundamentales

Magnitud Nombre Símbolo

Longitud metro M

Masa kilogramo Kg

Tiempo segundo S

Intensidad de corriente eléctrica

ampere A

Temperatura termodinámica

kelvin K

Cantidad de sustancia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd


Unidades Derivadas

Las unidades derivadas se forman a partir de productos de potencias de unidades básicas.

Las unidades derivadas coherentes son productos de potencias de unidades básicas en las que no interviene ningún factor numérico más que el 1.

Las unidades básicas y las unidades derivadas coherentes del SI forman un conjunto coherente, denominado conjunto de unidades SI coherentes


Unidades derivadasNombre Unidad Símbolo

Área, superficie Metro cuadrado m²

Volumen Metro cubico m³

Aceleración Metro por segundo cuadrado m/s²

Velocidad Metro por segundo m/s

Densidad de masa Kilogramo por metro cubico Kg/m³

Volumen especifico Metro cubico por kilogramo m³/kg

Concentración Mol por metro cubico Mol/m³

Densidad de corriente

Amperio por metro cuadrado A/m²


Unidades SI derivadas con nombres y símbolos especiales.

Unidad de frecuencia

Unidad de fuerza

Unidad de presión

Unidad de energía, trabajo, cantidad de calor

Unidad de potencia

Unidad de potencial eléctrico

Unidad de resistencia eléctrica

Unidad de capacidad eléctrica

Unidad de flujo magnético

Mulero A., Suero M.A., Vielba A., Cuadros F. El Sistema Internacional de Unidades. Revista Española de Física, Vol 16, nº 5, 2002, págs. 41-45.

Unidad de frecuencia

Un Hertz (Hz) es la frecuencia de un fenómeno periódico cuyo periodo es 1 segundo.


Unidad de fuerza

Un newton (N) es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene una masa de 1 kilogramo, le comunica una aceleración de 1 metro por segundo cuadrado


Unidad de presión

Un pascal (Pa) es la presión uniforme que, actuando sobre una superficie plana de 1 metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de 1 newton.


Unidad de energía, trabajo, cantidad de calor

Un joule (J) es el trabajo producido por una fuerza de 1 newton, cuyo punto de aplicación se desplaza 1 metro en la dirección de la fuerza


Unidad de potencia

Un watt (W) es la potencia que da lugar a una producción de energía igual a 1 joule por segundo.


Unidad de potencial eléctrico

Un volt (V) es la diferencia de potencial eléctrico que existe entre dos puntos de un hilo conductor que transporta una corriente de intensidad constante de 1 ampere cuando la potencia disipada entre estos puntos es igual a 1 watt.


Unidad de resistencia eléctrica

Un ohm (W) es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor cuando una diferencia de potencial constante de 1 volt aplicada entre estos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente de intensidad 1 ampere, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor.


Unidad de capacidad eléctrica

Un farad (F) es la capacidad de un condensador eléctrico que entre sus armaduras aparece una diferencia de potencial eléctrico de 1 volt, cuando está cargado con una cantidad de electricidad igual a 1 coulomb.


Unidad de flujo magnético

Un weber (Wb) es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en un segundo por decaimiento uniforme


Unidades SI derivadas con nombres y símbolos especiales.

Magnitud Nombre Símbolo Expresión en otras unidades SI

Expresión en unidades SI básicas

Frecuencia Hertz Hz s-1

Fuerza newton N m·kg·s-2

Presión pascal Pa N·m-2 m-1·kg·s-2

Energía, trabajo,cantidad de calor

joule J N·m m2·kg·s-2

Potencia watt W J·s-1 m2·kg·s-3

Potencial eléctricofuerza electromotriz

volt V W·A-1 m2·kg·s-3·A-1

Resistencia eléctrica ohm W V·A-1 m2·kg·s-3·A-2

Capacidad eléctrica farad F C·V-1 m-2·kg-1·s4·A2

Flujo magnético weber Wb V·s m2·kg·s-2·A-1

Múltiplos decimales

Prefijo Símbolo Factor

deca da 101

hecto h 102

kilo k 103

mega M 106

giga G 109

tera T 1012

peta P 1015

exa E 1018

zetta Z 1021

yotta Y 1024

Submúltiplos decimales

Prefijo Símbolo Factor

deci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro μ 10-6

nano n 10-9

pico p 10-12

femto f 10-15

atto a 10-18

zepto z 10-21

yocto y 10-24

Unidades fuera del Sistema Internacional en uso con el Sistema Internacional

Nombre Símbolo Valor en unidad SIminuto min 1 min = 60 s

hora h 1 h = 60 min = 3.600 s

día d 1 d = 24 h = 86.400 sgrado º 1º = (π/180) radminuto ' 1' = (1/60)º = (π/10.800) rad

segundo '' 1'' = (1/60)' = (π/648.000) rad

litro l, L 1 l = 1 dm3 = 10- 3 m3

tonelada t 1 t = 103 kg

belio B 1 B = (1/2) ln 10 (Np)neper Np 1 Np = 1

http://edison.upc.edu/units/SIcas.htmlhttp://es.geocities.com/fisicas/formulas/sistema.htmhttp://www.cem.es/cem/es_ES/metrologia/sistemaunidades_basicas.jsp?op=sistemaunidades_basicas

http://edison.upc.edu/units/SIcas.html

http://es.geocities.com/fisicas/formulas/sistema.htm

http://www.cem.es/cem/es_ES/metrologia/sistemaunidades_basicas.jsp?op=sistemaunidades_basicas

Temperatura Es una medida de nivel de agitación

interna de las partículas que constituyen un cuerpo, nivel expresado por el valor de su energía cinética media (teoría cinético-molecular de la materia).

Temperatura estándar: 0°C

Temperatura ambiente: 20°

Temperatura corporal: 37°

Temperatura

Al pasar de la maquina de anestesia o del aire ambiente a los alveolos pulmonares, los gases aumentan su temperatura en aproximadamente 15°C, dicho cambio térmico les impone ciertas modificaciones de densidad, volumen especifico y viscosidad.


Presión

Es la magnitud que mide la fuerza que se ejerce por unidad de superficie.

Milímetros de mercurio – mmHg

Centímetros de agua – cmH2O

Kilogramos sobre centímetro cuadrado – Kg/cm²


Presión parcial La presión parcial de un gas ideal en una mezcla

es igual a la presión que ejercería en caso de ocupar él solo el mismo volumen a la misma temperatura.

Presión parcial Reemplazo nitrógeno por oxido nitroso

Reemplazamos por O2 y N2O en partes iguales

O2N2O


Ley de Boyle-Mariotte

El volumen de una determinada masa de gas seco, a temperatura constante, varia de modo inversamente proporcional a la presión a la cual se la somete.


Ley de Boyle - Mariotte

Ley de Charles – Gay Lussac

Comportamiento de los gases frente a las variaciones térmicas

La masa de cualquier gas se expande o contrae si aumenta o disminuye su temperatura respectivamente y si el recipiente que la contiene es totalmente complaciente a los cambios térmicos habrán de provocar variaciones de la presión, proporcionales a los mismos, si el volumen del gas se mantiene constante.


Ley de Charles – Gay Lussac


Vapor

Es el estado que permite la expansión indefinida de una sustancia, ocupando el total del volumen del recipiente que la contiene, pudiendo pasar al estado liquido si es sometido a una determinada presión.


Punto critico

Mantenimiento constante una temperatura relativamente baja, la reducción del volumen ocupado por la masa de un vapor será acompañada de incrementos prácticamente proporcionales de la presión, de acuerdo a lo enunciado por la ley de Boyle-Mariotte


Curvas de presión-volumen a la temperatura critica y por encima de la misma


Vaporización

Es el paso del estado líquido al gaseoso puede hacerse por evaporación y ebullición, se produce cuando la presión de vapor es igual a la presión que soporta el líquido.


Punto de ebullición

El punto de ebullición normal de un liquido es la temperatura para la cual la presión de su vapor equivale a una atmosfera, lo que no excluye que pueda ebullir a otras temperaturas si la presión ambiental es otra que la atmosférica


100° 760mmHg

Punto de ebullición

Presión de vapor

Más comúnmente presión de saturación es la presión de la fase gaseosa o vapor sobre la fase líquida, para una temperatura determinada, en la que la fase líquida y el vapor se encuentran en equilibrio dinámico.


Propiedades que facilitan la vaporización

Bajo punto de ebullición.

Presión de vapor saturante elevada.

Buen arrastre del vapor por el gas vector.

Gran superficie de evaporación.

Temperatura elevada.


HumedadLa cantidad de vapor de agua en un

volumen dado de aire. Si el aire está seco, una parte del agua

se evapora en forma gaseosa, es el vapor de agua.


Humedad Humedad absoluta

La cantidad de vapor de agua (generalmente medida en gramos) por unidad de volumen de aire ambiente (medido en metros cúbicos).

Humedad relativa

Es el porcentaje de la humedad de saturación, que se calcula normalmente en relación con la densidad de vapor de saturación.


Solubilidad

Cantidad de sustancia que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente a una temperatura específica.


Solubilidad

Fases de la disolución:

Fase dispersante: El soluto se encuentra en menor proporción.

Fase dispersora: El solvente o disolvente se encuentra en mayor proporción.


Solubilidad

Ley de Henry

La cantidad de un determinado gas que se solubiliza en un liquido es directamente proporcional a la presión del gas.


Solubilidad


Coeficiente de solubilidad

Se define como el volumen de gas en centímetros cúbicos que se solubiliza en un mililitro de liquido a la temperatura y presión del experimento.


Coeficiente de solubilidad Ostwald (λ)

Se define como la relacion entre el volumen en centimetro cubicos de gas solubilizado en cada mililitros de liquido y el volumen en centimetros cubicos de gas por cada centimetro cubico de la fase gaseosa, todos valores tomados a la temperatura y presion del experimento.


Coeficiente de partición o de distribución

Se define como la relación entre el volumen en centímetro cúbicos de gas solubilizado por cada mililitros de liquido y el volumen en centímetros cúbicos de gas por cada centímetro cubico de la fase gaseosa o mililitro de liquido, a la temperatura y presión del experimento.


Coeficiente de solubilidad Bunsen (α)

Se define prácticamente igual al de Ostwald excepto que, en este caso, se toman los valores de solubilidad a la temperatura y presión del experimento pero se los expresa a TPS.


Flujo

El movimiento de traslación masiva de las moléculas de un fluido, constituye su flujo y siempre esta determinado por diferencias de presión entre distintos puntos de su masa


Flujo

El volumen de un determinado fluido que pasa por un sitio en un tiempo dado. Flujo= Volumen/Tiempo.


Flujo

Flujos de gases frescos (continuo y constante) = cm³/min

Flujo de entrada al vaporizador (continuo y constante) = lit/min

Flujo inspiratorio (discontinuo y fluctuante)

= cm³/ciclo

Flujo sanguíneo aórtico = cm³/sístole


Flujo a través de tubos

Flujo laminar

El desplazamiento lineal y paralelo de las moléculas del fluido



Flujo turbulento

El desplazamiento de las moléculas del fluido no son paralelas, sino irregulares



Flujo turbulento


Flujo a través de tubosViscosidad

Una resistencia interna de la masa de todo fluido, generada por las fuerzas de atracción entre sus moléculas, que se oponen al desplazamiento relativo entre las mismas cuando el flujo es laminar.

Unidad = Poise


Ley de Poiseuille

El volumen de un fluido emitido por un tubo es proporcional a la cuarta potencia de su diámetro.


FlujoAGUJA A AGUJA B

Longitud: 50mmDiámetro interno: 1.5mm

Longitud: 50mmDiámetro interno: 3mm

Viscosidad: 1.2

∏ * r⁴

3.14 * 5.062 3.14 * 81

30.20 1.8


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física aplicada a la anestesiología

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