Mechanické vlastnosti

kvapalín

Viskozita a jej meranie

Spracovala: Z. Balázsiová

Lekárska fakulta Univerzity Komenského v Bratislave

Ústav lekárskej fyziky, biofyziky, informatiky a telemedicíny

rok: 2016

Prečo práve viskozita?

• Viskozita slín, potu, žlče, synoviálnej tekutiny...

• Priamy ukazovateľ schopnosti krvi pretekať

cievou

• Zvýšená viskozita krvi je jedným z parametrov,

kt. je spojený s ostatnými rizikovými faktormi

kardiovaskulárnych ochorení (vysoký TK,

cholesterol, diabetes, fajčenie...)*

• Viskozita krvi je ovplyvniteľná aj životným štýlom

(málo pohybu, dehydratácia...)

http://bloodflowonline.com/content/blood-viscosity

*Doporučené video: Whole Blood Viscosity: Links to Cardiovascular Disease http://youtu.be/sWfCKdjxLc0

Vlastnosti reálnej kvapaliny

• Molekulová štruktúra, tekutosť, voľná

hladina kvapaliny je kolmá na tiažovú silu

• Vnútorné trenie

• Malá stlačiteľnosť

• Tlakové sily vo vnútri kvapaliny pôsobia

kolmo na ľubovoľnú plochu

Prúdenie reálnej kvapaliny

V > V1 > V2 > ... >Vmin=0 m.s-1

v2

vv1

Vmin=0 m.s-1

V=max

dx

dv Šmykové (tangenciálové) napätie

pri zmene rýchlosti prúdenia kvapaliny je η konšt Newtonovské kvapaliny

Nenewtonovské kvapaliny

Dynamická viskozita –

dv

dx

dx

dv gradient rýchlosti

prúdenia kvapaliny

v3v2

v

pri zmene rýchlosti prúdenia kvapaliny sa η mení

Viskozita krvi

Počas systoly je krv menej viskózna a prúdi rýchlejšie. Počas diastoly krv prúdi

pomalšie a má väčšiu viskozitu. Parametre, ktoré sú spojené s kardiovaskulárnymi

chorobami ovplyvňujú viskozitu krvi v rôznych bodoch tejto krivky. Počas diastoly pri

pomalom prúdení vplývajú na viskozitu krvi imunoglobulíny, agregáty erytrocytov a

trombocytov, bielkoviny plazmy, cholesterol, triglyceridy. Počas systoly vplýva na

viskozitu krvi hematokryt, deformovateľnosť erytrocytov, viskozita plazmy.

http://meridianvalleylab.com/wp-content/uploads/2012/03/Picture8.png

Vis

ko

zita

Rýchlosť prúdenia

Telesné kvapaliny (príklady)Názov Relatívna viskozita Typ kvapaliny

krv 4,0 - 5,3 Nenewtonovské

kvapalinysynoviálna tekutina* veľmi vysoká

krvná plazma 1,5 – 2,0

Newtonovské kvapalinysliny 1,63 - 2,38

moč 1

destilovaná voda 1 Newtonovská kvapalina

Relatívna viskozita –

bezrozmerné číslo, viskozitu

kvapaliny porovnáva s

viskozitou vody

*Viskozita synoviálnej tekutinyhttps://netterimages.com/images/vpv/000/000/008/8298-0550x0475.jpg

Metódy merania viskozity

• Rotačné viskozimetre

– viskozita sa určuje na

základe odporu, ktorý

kvapaliny kladú

otáčavému pohybu

vhodne zvolených telies.

– meranie newtonovských

aj nenewtonovských

kvapalínObrazok prebraty z: AD Chemia S.r.p

http://www.pragolab.cz/files/download/Seminar_reologie_2015.pdf

Metódy merania viskozity• Vibračné viskozimetre

– pri určovaní viskozity

využívajú tlmiace

schopnosti tekutiny ako

dôsledok jej viskozity

– Meranie newtonovských

aj nenewtonovských

kvapalín

Obrázok prebratý z: http://www.helago-cz.cz/product/sv-10-

vibracni-viskozimetr/ http://www.pragolab.cz/files/download/Seminar_reologie_2015.pdf

• Telieskové viskozimetre

– meranie sa zakladá na

meraní rýchlosti pohybu

istého známeho telieska

– meranie newtonovských

kvapalín

Metódy merania viskozity

Stokesov telieskový viskozimeter

• Stokesov zákon (sedimentácia krvi)

F = 6 η π r v

F – odporová sila, η – dynamická viskozita prostredia, π = 3,14, r –

polomer padajúceho telieska, v – rýchlosť častice

Obrázok prebratý z:

http://www.google.sk/imgres?imgurl=http://people.tuke.sk/zuz

ana.gibova/pohyboverovnice/obr2.6.3.gif&imgrefurl

http://www.pragolab.cz/files/download/Seminar_reologie_2015.pdf

Metódy merania viskozity

• Kapilárne viskozimetre –

založené na meraní času t,

za ktorý pretečie kapilárou

pri konštantnom tlaku

a teplote istý objem

kvapaliny V.

– meranie newtonovských

kvapalín

Ubbelohdeho viskozimeter

Prevzaté z: www.srovnanicen.cz/q/Ubbelohdeho/http://www.pragolab.cz/files/download/Seminar_reologie_2015.pdf

Kapilárne viskozimetre

• Hagen-Poiseuilleov vzťah – udáva objem

V, ktorý za čas t pretečie kapilárou. Používa

sa aj pri opise toku krvi v cievach.

tl

prV

8

4

r - polomer kapiláry, Δ p – rozdiel tlakov medzi dvomi koncami kapiláry,

l – dĺžka kapiláry, t – čas, za ktorý pretečie kvapalina kapilárou, η -

dynamická viskozita, g – gravitačné zrýchlenie, Δ h – rozdiel medzi výškami

hladiny v hornom rezervoári viskozimetra, ρ – hustota kvapaliny

tl

gh

V

r

8

4

Určenie viskozity

r - polomer kapiláry, l – dĺžka kapiláry, t – čas, za ktorý pretečie kvapalina kapilárou,

η - dynamická viskozita, g – gravitačné zrýchlenie, Δ h – rozdiel medzi výškami

hladiny kvapaliny v hornom rezervoári, ρ – hustota meranej kvapaliny

Konštanta viskozimetra daná výrobcom

(opíšete K =...mm2 s-2)

Dynamická viskozita meranej kvapaliny (zistíte výpočtom)

ρ hustota meranej kvapaliny (opíšete ρ = ...kg m-3 )

t čas potrebný pre vyprázdnenie horného rezervoára (odmeriate)

1. Dynamická viskozita

η [ Pa s]Iné jednotky: 1P(Poise) = 0,1 Pa.s

Viskozita tekutín

tK

2. Kinematická viskozita

ν [ m2 s-1]Iné jednotky 1St(Stokes) = 0,0001 m2.s-1

ν = K t

3. Relatívna viskozita – bezrozmerné číslo, viskozitu

kvapaliny porovnáva s viskozitou vody

Ubbelohdeho viskozimeter

Kapilára

Značky pre

naplnenie

Značky pre meranie

Podmienky pre meranie:

V = konšt.

t = konšt.

Laminárne prúdenie v kapiláre

Obrázok prevzatý z:

http://www.ides.com/property_descriptions/templates/images/ISO307_viscometer.gif

Viskozita krvi

Brozmanová, M. Poruchy termoregulácie. https://portal.jfmed.uniba.sk/download.php?fid=559

Sangho, K. et al. A new method for blood viscosity measurement. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics

Volume 94, Issue 1, 10 November 2000, Pages 47–56

Meridian Valley LabMeridian Valley Lab. The Relationship Between Blood Pressure and Blood Viscosity. http://meridianvalleylab.com/the-

relationship-between-blood-pressure-and-blood-viscosity#

• Viskozita krvi sa zvyšuje napríklad pri infekciách

•Meranie viskozity krvi – využíva sa Hagen-Poiseuilleov vzťah

Viskozita krvi

Hematokrit(pomer medzi objemom

erytrocytov a krvnej plazmy)

teplota tela Rýchlosť prietoku krvi

Viskozita krvi Krvný tlak

Vplyv viskozity krvi na krvný tlak

Meridian Valley LabMeridian Valley Lab. The Relationship Between Blood Pressure and Blood Viscosity.

http://meridianvalleylab.com/the-relationship-between-blood-pressure-and-blood-viscosity#

1. Konštantná cirkulácia objemu krvi,

konštantný srdcový výdaj

2. Vzostup

viskozity krvi

(je spôsobený

dehydratáciou,

infektom...)

3. Zvýšenie celkového periférneho odporu

ciev (následné zníženie prietoku krvi)

4.

Zvýšen

ie k

rvn

éh

o

tlaku

(zabezpečenie

konšta

ntn

ého

srd

cového v

ýdaja

)

Vplyv teploty na viskozitu krvi

Obrázok upravený. Prevzaté z:

https://www.hindawi.com/journals/bmri/2014/840379.fig.002.jpg

. Prevzaté z: Baldeo, a kol. Colorimetric determination of haemoglobin.

http://image.slidesharecdn.com/hemoglobinandhematocritdetermination-130626105718-phpapp02/95/hemoglobin-and-

hematocrit-determination-1-638.jpg?cb=1372244301

Hematokryt a viskozita krvi

Viskozita krvi závisí aj od pohlavia

Prevzaté z: Rosenson, R. S, McCormix, A., Uretz, E., F. Distribution of blood viscosity values and biochemical correlates in healthy adults.

Clinical Chemistry 42(8),1996, p.1189-1195. Dostupné na:

http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.528.2325&rep=rep1&type=pdf

Ženy majú nižšiu viskozitu krvi ako muži pri gradientoch rýchlosti prúdenia

100/s, 50/s, 1/s. Normalizovaná viskozita je viskozita krvi pri hematokrite

45%. Viskozita krvnej plazmy a krvného séra od pohlavia nezávsí.

Odporučené video:

Ubbelohde Glass Capillary Kinematic Viscometer Demonstration

http://www.youtube.com/watch?v=pIoYM5F14xI