熱平衡的統(tǒng)計分布概述

1、§3 熱平衡的統(tǒng)計分布,一、麥克斯韋分子速率分布,就大量分子而言，在平衡狀態(tài)下分子的速率分布遵循麥克斯韋分布。,1859年麥克斯韋從概率論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出氣體按速率分布的統(tǒng)計定律，即麥克斯韋分布律。,(1)測定氣體分子速率分布的實驗,1920年，史特恩做了一個實驗，驗證了麥克斯韋速率分布定律。,粒子速率分布實驗曲線,氣體速率分布實驗曲線,（2）麥克斯韋分子速率分布定律,:速率在 之間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分

2、率。,設(shè)一定量的氣體，分子總數(shù)為 ，速率在 之間的分子數(shù)為 。那么:,（一個分子在 速率區(qū)間出現(xiàn)的幾率）。,：表示分子在 附近單位速率區(qū)間內(nèi)的分布幾率,用 表示，即：,叫麥克斯韋速度分布函數(shù)。,1）幾率,,速率位于 內(nèi)分子數(shù),熱力學(xué)溫度單個分子的質(zhì)量玻爾茲曼常量,說明：,,速率位于

3、 區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比,,速率位于 區(qū)間內(nèi)分子數(shù):,若 和 比較接近，則,2）歸一化條件,表示：速率在 之間的分子數(shù)占總分子數(shù)的100％。,意義：對溫度 的一定量氣體，分子速率 附近的單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比最大。,,,與 極大值相對應(yīng)的速率叫最可幾速率,（3）三種速率,A. 最可幾速率（最概然速率）,,,B. 平均速率,C. 方均根速率,計算一個

4、與速率有關(guān)的物理量 g(v) 的統(tǒng)計平均值的公式：,討論,1）統(tǒng)計量的平均值,,,,2）三種速率比較,,3）麥克斯韋速率分布中最概然速率 的概念 下面哪種表述正確？（A） 是氣體分子中大部分分子所具有的速率.（B） 是速率最大的速度值.（C） 是麥克斯韋速率分布函數(shù)的最大值.（D） 速率大小與最概然速率相近的氣體分子的比 率最大.,自由程 ： 分子兩次相鄰碰撞

5、之間自由通過的路程 .,13,二、氣體分子的碰撞,分子平均碰撞次數(shù)：單位時間內(nèi)一個分子和其它分子碰撞的平均次數(shù).,分子平均自由程：每兩次連續(xù)碰撞之間，一個分子自由運動的平均路程.,14,(1) 分子為剛性小球 . (2) 分子有效直徑為 （分子間距平均值）. (3) 其它分子皆靜止，某分子以平均速率 相對其他分子運動 .,15,單位時間內(nèi)平均碰撞次數(shù)：,16,考慮其它分子的運動，分子平均碰撞次數(shù),17,

6、平均自由程,18,例 試估計下列情況下空氣分子的平均自由程:（1）273 K、1.013 時；,（空氣分子有效直徑 ）,解,19,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，多數(shù)氣體平均自由程? ~10-8m，只有氫氣約為10-7m。一般d~10-10m，故? ? ? d。可求得平均碰撞次數(shù)~109/秒。,20,三、玻耳茲曼能量分布定律,(1)等溫氣壓公式,設(shè)氣體的壓強隨高度

7、變化的函數(shù)關(guān)系為,如圖薄柱體,得,不隨高度 改變時，故上式可寫為,對上式積分后得,取某地點（如地面）高度為 ，令該處的,此式稱為等溫氣壓公式。在實際應(yīng)用中，等溫氣壓公式常倒地來寫成：,等溫氣壓公式,什么是高壓氧（HBO）？,HBO(hyperbaric oxygen，HBO) 是機體處于高于一個大氣壓的環(huán)境里吸入100％的氧治療疾病的過程叫高壓氧治療,四、高壓氧療,高壓氧與常壓氧（普通氧）有什么區(qū)別？,正常情況下

8、，我們把氧氣吸入肺中，再由血中的紅細胞將氧氣運至全身各部。當(dāng)所有血紅蛋白都攜帶氧后，再吸入更多的氧，血液中的氧氣含量也不會發(fā)生大的變化。那么，如果此時病人仍然缺氧怎么辦呢？可以用增加血中物理溶解氧的方法解決病人缺氧問題。氣體在液體中的溶解度隨著壓力的升高而增加。在高壓下（高壓氧艙中）吸氧，可以使病人血中氧的溶解含量明顯增加。在一定壓力下，如果把病人體內(nèi)的血紅蛋白統(tǒng)統(tǒng)去除，僅靠血液中的溶解氧，就可以滿足病人機體代謝的需要了。,常壓吸氧與高

9、壓吸氧有何不同？,基本上有三點不同：1）吸氧壓力不同。常壓下吸氧是病人在一個大氣壓條件下，用鼻塞、鼻導(dǎo)管、面罩、氣管插管或人工呼吸機等方法吸氧。高壓下吸氧則要求病人在一個特制的高壓氧艙內(nèi)，在高于一個大氣壓的環(huán)境下吸高濃度的氧。2）吸氧濃度不同。常壓下吸氧，氧的濃度一般在25—55﹪之間，高壓氧下氧濃度在85—99﹪以上。3）獲得的療效不同。高壓下吸氧可使吸氧者的血氧含量比常壓下吸氧增加數(shù)倍以至數(shù)十倍，因此，高壓下吸氧對疾病的治療效果，是

10、常壓下吸氧所達不到的。,高壓氧治療疾病的原理,,一、壓力作用二、血管收縮作用三、抗菌作用四、HBO增加某些抗生素的抗菌作用五、清除作用六、增加機體的氧含量,{,一、壓力作用：體內(nèi)的氣泡在壓力升高時，利于氣泡溶解在血液中。 二、血管收縮作用：高壓氧有α－腎上腺素樣的作用使血管收縮，減少局部的血容量，利于腦水腫，燒傷或擠壓傷后的水腫減輕。 需注意的是，雖然局部的供血減少，但通過血液帶入組織的氧量卻是增加的。 三、抗菌作

11、用：氧本身就是一種廣普抗生素，它不僅抗厭氧菌，也抗需氧菌。,四、HBO增加某些抗生素的抗菌作用： HBO可增加血-腦屏障的通透性，HBO與某些抗生素合用，可增強對顱內(nèi)感染的療效。 五、清除作用：體內(nèi)大量的氧可以加速體內(nèi)其他有害氣體的消除。如：CO、二氯甲烷、N2等。 六、增加機體的氧含量： 1、 血中的氧含量增加。高壓氧下，由于壓力的升高，大量的氧氣溶解在血液中，血液帶入缺血組織的氧量增加。 2、 組織中的氧含量增加。

12、3、 血氧彌散距離增加。在炎癥、外傷、燒傷等情況下，組織細胞水腫，細胞與毛細血管間距加大，在常壓下吸氧滿足不了組織細胞的氧供，特定高壓氧的應(yīng)用可使上述缺氧情況一掃而光。,高壓氧治療的適應(yīng)癥,1、 各種中毒，如CO中毒、二氧化碳中毒、硫化氫中毒、氫化物中毒、氨氣中毒、光氣中毒、農(nóng)藥中毒、化學(xué)藥物中毒等。2、 溺水、自縊、電擊傷、麻醉意外以及其它原因引起的腦缺氧、腦水腫、減壓病等。 3、 心血管系統(tǒng)：冠心病、心絞痛、心肌梗塞、心源性休

13、克。 4、消化系統(tǒng)：胃、十二指腸潰瘍、術(shù)后潰瘍。 5、感染：氣性壞疽、破傷風(fēng)及其它厭氧菌感染，病毒性腦炎等。6、 空氣栓塞。7、 腦血栓形成、腦栓塞、腦萎縮、腦供血不全、腦挫傷、腦外傷后綜合癥、骨髓炎、截癱、周圍神經(jīng)損傷、多發(fā)性神經(jīng)炎。8、 皮膚移植、斷肢(指)再植術(shù)、脈管炎、頑固性潰瘍、骨筋膜間隔區(qū)綜合征、術(shù)后傷口不愈、動脈栓塞、骨愈合不良、放射性骨髓炎、擠壓傷。9、新生兒窒息、3歲之前的腦癱等。 10、中心性視網(wǎng)膜脈絡(luò)

14、膜炎、視網(wǎng)膜動脈栓塞、突發(fā)性耳聾、牙周炎、口腔潰瘍。 11、皮膚科疾病：玫瑰糠疹、尋常唑瘡、結(jié)節(jié)性紅斑、硬皮病、神經(jīng)性或糖尿病皮炎等等。,腦損害的病理生理,,{,1．腦組織缺血缺氧2．腦水腫3．腦腺苷含量改變4．急性期反應(yīng)蛋白升高5. 血液流變學(xué)改變,,1．腦組織缺血缺氧：腦損害病人多有腦內(nèi)血管及微循環(huán)障礙，造成腦組織缺血。腦細胞功能正常維持需要足夠能量保障，生理狀況下腦組織代謝的能量供應(yīng)一小部分來自腦內(nèi)的三磷酸腺苷（ATP

15、），其余絕大部分依靠葡萄糖有氧代謝產(chǎn)生。缺氧時能量產(chǎn)生不足，腦功能受損。人腦重量只占體重的2%，但耗氧量占人體總需要量20%，同時人體對氧的儲蓄能力很差，所以說腦組織是體內(nèi)最容易發(fā)生缺氧損害的組織2．腦水腫：腦水腫多與腦缺血缺氧所致的血腦屏障破壞、細胞能量代謝障礙、細胞毒性介質(zhì)釋放有關(guān)，腦水腫會引起顱內(nèi)壓增高，腦細胞水腫時，氧分子不易穿透，進而加劇細胞缺氧從而導(dǎo)致“水腫—缺氧—水腫”的惡性循環(huán)。 3．腦腺苷含量改變：腺苷是中樞神

16、經(jīng)系統(tǒng)的一種重要保護性內(nèi)源因子，可抑制多種興奮性介質(zhì)釋放，減低腦代謝率，提高腦血流量，抑制血小板聚集。腦損傷后細胞能量代謝紊亂，ATP生成減少，腺苷合成受限，影響了腺苷神經(jīng)保護作用。4．急性期反應(yīng)蛋白升高：5. 血液流變學(xué)改變：顱腦外傷傷后24小時內(nèi)紅細胞聚集指數(shù)比健康人高。血液的粘滯性增高。因而循環(huán)阻力升高，腦循環(huán)障礙，導(dǎo)致腦缺血缺氧，腦水腫。,HBO治療腦損傷的研究,腦組織缺血時，腦血流分布極不均勻，高血流與低流量區(qū)共存。

17、HBO治療可提高組織的氧供（尤其對缺血區(qū)），提高氧分壓，收縮血管，減少腦血流量，減輕腦水腫，使顱壓下降。由于HBO下頸動脈系統(tǒng)血流減少而椎動脈血供反而增加。網(wǎng)狀激活系統(tǒng)和腦干血流量增加，因此有利于昏迷患者的蘇醒和生命機能活動的維持，為此可用于治療多種原因引起的昏迷和持續(xù)性植物狀態(tài)。,1．提高血腦屏障的完整性2．HBO抑制自由基對腦組織的損害3．促進神經(jīng)功能恢復(fù)，提高腦損傷的存活率4．促進損傷腦組織的修復(fù)5．提高腦組織對葡萄糖的利

18、用6．減輕腦損傷后細胞凋亡,高壓氧治療時機的選擇,由于對高壓氧的療效認識不足，致使一些適應(yīng)癥未能得到及時治療，造成終生遺憾。如腦梗塞、腦外傷的早期均會發(fā)生腦水腫，顱壓增高，腦組織的修復(fù)從病后 5-6天開始，多持續(xù)2-3周，因此1周內(nèi)便可以開始治療，1月內(nèi)治療者有效率可達96%以上?，F(xiàn)主張腦梗塞患者2-6小時內(nèi)即應(yīng)入艙治療。顱腦手術(shù)后5-7天，病情平穩(wěn)即可治療。面神經(jīng)炎、多發(fā)性神經(jīng)炎：一旦確診，治療時機應(yīng)為越早越好。高壓氧治療時機

19、應(yīng)該是——病情允許的情況下，越早越好。,并發(fā)癥,1.血管并發(fā)癥：創(chuàng)傷性顱腦損傷后，假性動脈瘤的形成和破裂是很危機的情況。因此，對假性動脈瘤的形成可能性較大的病人不宜高壓氧治療，防止動脈瘤破裂出血。2.顱底骨折并發(fā)癥：csf鼻漏、耳漏的存在是創(chuàng)傷性顱腦損傷患者是高壓氧治療的禁忌癥，通常是鼻漏、耳漏停止后1周后開始高壓氧治療，并且要密切觀察病情。另外，顱底骨折病人行高壓氧治療可能導(dǎo)致氣顱，對于高壓氧治療后出現(xiàn)頭痛等不適的病人，必要時行頭

20、顱CT檢查以明確是否有氣顱。,高壓氧治療的副作用,,1.氧中毒2.氣壓傷3.減壓病,{,（一）：氧中毒：指高壓或常壓下，吸入高濃度的氧達一定時程后，氧對機體產(chǎn)生的功能性或器質(zhì)性損害。氧中毒可分為中樞型、肺型、溶血型和眼型。無論發(fā)生哪一型氧中毒，整個機體均同時受害。臨床上，在高于0.3MPa壓力下吸氧，常規(guī)治療時隨意延長吸氧時間，常壓下長時間吸入濃度高于50％的氧是氧中毒的常見原因。 其機理大致有三個方面：

21、 1、 氧對中樞代謝的毒性作用； 2、 氧對酶的毒性作用； 3、 自由基的過量產(chǎn)生。 氧中毒一發(fā)生，立即停止吸氧，一般可以緩解癥狀。維生素E、C、K、鎂離子制劑等可以預(yù)防氧中毒。（二)氣壓傷：常見的有中耳氣壓傷、副鼻竇氣壓傷和肺氣壓傷。另外，減壓中氣胸病人未及時發(fā)現(xiàn)和處理，可使胸腔內(nèi)氣體過度膨脹，肺和心臟受壓，縱膈擺動，可致病人突然死亡。 （三)減壓病：減壓速度過快，幅度過大，使氣體在組織中的溶解