Physikalisch-technisches Praktikum für Mediziner: Eine Einführung in die Anwendung von Messmethoden und Apparaturen

240 Pages·1930·11.904 MB·German

by  Dr. phil. Alfred Krethlow (auth.)

PHYSII{ALISC;H-TECHNISCHES
..
J?UR
PRAI{Tll{U~f ~IEDIZINER
EINE EINFUHRUNG IN DIE ANWENDUNG VON
MESSl\IETHODEN UND APPARATUREN
VON
DH.PHIL. AijFRED KRJ1JTHLOW
EH EM. I. ASS ISTENT AM P HYSI KALIS CHEN INSTITUT
DE R UN IVERS I 'l' AT BASE I,
l\IIT 12i ABBILDU~GEN
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH
1930
ISBN 978-3-662-26858-2 ISBN 978-3-662-28324-0 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-28324-0
ALLE RECHTE. INSBESONOEI{E DAS DER UBERSETZUNG IN
:FREMDE SPRACHEK, VORBEHALTEN.
COPYRIGHT 1930 BY SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG
URSPRUNGLICH ERSCHIENEN BEl JULIUS SPRINGER IN BERLIN 1930
Geleitwort.
Die Ausbildung der Mediziner in Physik entspricht heute nicht mehr
ihrer zunehmenden Bedeutung in Therapie und Diagnose. Mancherorts
sucht man die Studierenden der Medizin in einem allgemeinen Anfanger
praktikum auszubilden, doch ist der Erfolg in verschiedener Richtung
aus zwei Grunden unerfreulich. Einmal fehlt es den Medizinern fiir die
Aufnahme und innere Verarbeitung der propadeutischen Facher an
Zeit, und dann sind die Anfangerpraktiken im allgemeinen fiir die Stu
dierenden der Naturwissenschaften eingerichtet, indem darin das Messen
und Berechnen mit aus allen Gebieten der Physik ausgewahlten Me
thoden geubt vnrd.
Dem Zeitmangel ist kaum abzuhelfen. Mir scheint aber, daB man
die verfugbare Zeit rationeller fiir das Physikstudium ausnutzen solle.
Nach verschiedenen Besprechungen mit Dozenten der Physiologic,
der inneren Medizin und der Chirurgie, die alle eine bessere praktisch
physikalische Ausbildung der Mediziner fordern, wurde in Basel ein
Physikalisches Praktikum fiir Mediziner eingerichtet. Darin werden
in einem zweistiindigen Kurs wahrend eines Semesters hauptsachlich
medizinische Anwendungen der Physik mit den Studierenden durch
genommen, wie z. B. Verwendung von Gleichstrom und Wechselstrom,
Transformatoren, Pantostat, Diathermic, Rontgenapparaturen, Linsen,
Brillen, Mikroskop usw. Dabei wird selbstverstandlich das Physi
kalische, das Prinzipielle und nicht das Medizinische betont. Aile Be
teiligten mussen sich an dem Zusammenstellen der Apparaturen, an
den Experimenten und Messungen selbst. betatigen.
Die Studierenden haben bei einem Praktikum das Empfinden, daB
diese Behandlung des Stoffes im Gegensatz zu den Methoden eines
naturwissenschaftlich rein quantitativ eingestellten Praktikums ihrer
spateren Tatigkeit unbedingt forderlich und daB diese praktische Aus
bildung zum Verstandnis und der technischen Handhabung der physika
lisch-medizinischen Apparate notwendig sei.
Da ein geeignetes Lehrmittel fUr dieses Praktikum fehlte, habe ich
Herrn Dr. KRETHLOW veranlaBt, ein solches zu verfassen. DaB das Buch
auf Anraten von Physiologen und Medizinern einen erweiterten Umfang
angenommen hat, um auch Arzten und Klinikern in etwas spezielleren
physikalisch-medizinischen Problemen dienlich zu sein, ist fast selbst
verstandlich. Ich wtinsche dem kleinen Buche guten Erfolg.
Basel, im Oktober 1929.
Professor AUG. HAGENBACH
V orsteher der physikalischen Anstalt
der Universitat.
a*
Zur Einfiihrung.
Das Buch von Herrn Dr. KRETHLOW client den gleichen Zwecken
wie der physikalische Kursus fiir Mediziner, dem es auch seine Ent
stehung verdankt. Dieser Kursus hat seit seinem Bestehen in Basel
einen ausgezeichneten Erfolg, und ich bin Herrn Professor HAGENBACH
dankbar, daB er ihn eingefiihrt hat. Die Notwendigkeit eines physika
lischen Praktikums fiir Mediziner ist auch allgemein anerkannt worden,
sodaB die gemischte Kommission von Arzten und Fakultatsvertretern
fiir die Reform der schweizerischen Priifungsordnung ein Obligatorium
empfohlen hat. Die immer zunehmende Anwendung physikalischer
Methoden zu diagnostischen und therapeutischen Zwecken hat dieses
Bediirfnis geschaffen. Dem Medizinstudenten wird nicht nur durch einen
solchen Kursus die Bedeutung der Physik fiir die arztliche Praxis in
seiner ersten Studienzeit vor Augen gefiihrt, sondern die Beherrschung
einer gewissen Technik erleichtert ihm auch in den spateren Semestern die
Erlernung physiologischer und klinischer Methoden. Der Arzt steht den
neu eingefiihrten und von den Firmen angepriesenen Apparaten viel
sicherer gegeniiber, wenn er in der Physik nicht nur theoretisch, sondern
auch praktisch etwas ausgebildet ist.
Als Anleitung zum physikalischen Praktikum fiir Mediziner ist das
vorliegende Buch lebhaft zu begriiBen. Es bringt in zweckmaBiger
Auswahl die fiir den Mediziner beim gegenwartigen Stand der Wissen
schaft wichtigsten Methoden und macht sie in gut gegliickter Beschran
kung auf das Notwendige und mit Vermeidung der dem Mediziner
meistens unzuganglichen hoheren Mathematik verstandlich. Wir Kli
niker wiinschen deshalb dem Buch eine recht weite Verbreitung.
Basel, im Oktober 1929.
Professor R. STAEHELIN
Direktor der medizinischen
U ni versitat sklinik.
Vorwort.
Fiir den Mediziner spielt die Anwendung physikalischer Wissens
gebiete sowohl zur Erkennung und Behandlung von Krankheiten als
auch zur Feststellung des Krankheitsverlaufes eine immer gri:iBere Rolle.
Oft werden nur qualitative, immer mehr aber quantitative Unter
suchungs- und MeBmethoden benutzt. Rasch und sicher muB eine
Diagnose gestellt, ein Apparat in Betrieb gesetzt oder z. B. eine Strah
lungsdosismessung vorgenommen werden konnen. Tausend ,,Kleinig
keiten" sind dabei oft von ausschlaggebender Bedeutung. Urn diese
Kleinigkeiten nicht zu iibersehen, ist eine genaue Kenntnis aller in Be
tracht kommenden physikalischen Faktoren erforderlich. Nur durch
ein alle Punkte iibersehendes Wissen ist das sichere Arbeiten und die
Uberzeugung des Konnens gewahrleistet. Allerdings ist dazu ein gutes
Gedachtnis Grundbedingung.
Der in der Praxis stehende Arzt kann begreiflicherweise nicht immer
den gerade in Betracht kommenden physikalischen Stoff gegenwartig
haben, und der Anfanger muB ihn erst kennenlernen. In der Literatur
existieren wohl einzelne Arbeiten und Werke, welche dem Mediziner
zur Einfiihrung in Spezialgebiete dienen konnen, meines Wissens aber
keines, das ihm in knappen Ziigen eine Ubersicht gibt iiber die wich
tigsten, auf allen Zweigen der Physik fuBenden und in der Medizin lib
lichen MeBmethoden und Apparaturen. Diese Lucke soll das vor
liegende Biichlein ausfiillen.
Urspriinglich war es nur als physikalisches, fiir den Mediziner speziell
zugeschnittenes ,Praktikum" gedacht und zwar derart, daB in den
einzelnen Kapiteln eine knappe theoretische Einleitung - womoglich
ohne jede Mathematik - gegeben werden sollte mit daran anschlie
Bender Ausfiihrung einer praktischen Messung. Wegleitend hierzu waren
die Erfahrungen, die ich seinerzeit bei der auf Veranlassung meines
friiheren Chefs, Herrn Professor Dr. A. HAGENBACH, vorgenommenen Ein
richtung und darauffolgenden Mithilfe im Basler ,Medizinerpraktikum"
sammeln konnte. Beim Ausarbeiten des Biichleins schien mir aber von
Vorteil zu sein, diesen Rahmen etwas zu iiberschreiten und auch auf
solche Methoden und Apparate einzugehen, welche nicht nur fiir eine
der ausgefiihrten Messungen maBgebend sind, sondern auch fiir den
Praktiker von Interesse sein diirften. Diese Erweiterung wurde mir auch
von physiologischer und medizinischer Seite nahegelegt.
Ich bin mir wohl bewuBt, daB vieles mit der gerade noch zutraglichen
Kiirze beschrieben ist und daB der eine oder andere der Leser eine aus
fiihrlichere Darstellung gewiinscht hatte. Das Biichlein stellt aber einen
VI Vorwort.
ersten Versuch dar, dem Mediziner in gedrangtester Form die bei den
meisten seiner Arbeiten notigen physikalischen und technischen Kennt
nisse zu vermitteln. Wenn ihm infolgedessen verschiedene Mangel an
haften, so diirfte dies begreiflich sein und vom Leser mit giitiger Nach
sicht beurteilt werden. Allen Lesern, welche die Liebenswiirdigkeit
haben, mir Mangel, Unrichtigkeiten oder Wiinsche auf Erweiterungen
mitteilen zu wollen, bin ich dankbar.
In der Autorzitation bin ich mit gro13er Willkiir verfahren insofern,
daB ich viele prominente Forscher nicht angefiihrt habe. Dies geschah
nur zur Vermeidung jeder Weitschweifigkeit.
Urn dem Wunsche tieferen Einarbeitens in Spezialgebiete wenigstens
einigermaBen Rechnung zu tragen, habe ich den einzelnen Kapiteln
kurze Literaturangaben beigefiigt. Die zitierten Arbeiten (fiir welche
dasselbe gilt wie fiir die Autorzitation) weisen den Weg und geben ihrer
seits Literatur, welche das ganze Spezialgebiet zuganglich macht.
Denjenigen Lesern, welche sich besonders fiir physikalische MeBmetho
den, deren erreichbare Genauigkeiten usw. interessieren, sei das fur den
Experimentalphysiker als Standard geltende Lehrbuch der prak
tischen Physik von F. KoHLRAUSCH (Teubner, Leipzig) aufs Warmste
empfohlen. Er findet darin alles Wiinschenswerte.
Zum Schlusse ist es mir eine angenehme Pflicht, Herrn Prof. Dr.
A. HAGENBACH fiir die Anregung zur Ausarbeitung dieses Biichleins
und ihm sowie Herrn Prof. Dr. med. R. STAEHELIN fiir die in Iiebens
wiirdiger Weise beigefiigten Begleitworte zu danken. Meinen besten
Dank mochte ich auch dem Verlage, insbesondere Herrn Dr. F. SPRINGER,
aussprechen sowohl fiir die Verlagsiibernahme und vorziigliche Aus
stattung des Biichleins als auch sein zuvorkommendes Eingehen auf
meine Wiinsche.
Th un (Schweiz), im Oktober 1929.
A. KRETHLOW.
Inhaltsverzeiclmis.
Seite
I. w agungen 1
Waage und Wagungen 1
Dichtebestimmungen 8
Torsionswaagen 11
II. Optik . . . . . . . . 13
Linsengesetze, Brennweitenbestimmungen . 13
Mikroskope . . . . . . . . . 20
Drehung der Polarisationsebene 25
Spektralanalyse 33
Emissionsspektren . . . . . . 38
Absorptionsspektren . . . . . 40
Quantitative Absorptionsmessungen 48
Quarzlampen und Hohensonnenbestrahlungen . 5{)
Die ultrarote Strahlung und deren Wirkung auf das Auge 64
III. Elektrizi tat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Allgemeines und Widerstandsmessungen an festen Korpern 69
Widerstandsmessung bei Elektrolyten 74
Gleich- und Wechselstrom 77
Elektrische Me13instrumente . . . 82
Pantostaten und Anschlu13gerate 85
Temperaturmessungen . . . . . 87
Hochfrequenzstriime und Diathermie . 9{)
Medizinische Praxis . . . . . 106
Diathermieapparate der Praxis 111
Rontgenstrahlen . . . . . . . 113
Hochspannungsapparate und Gleichrichter 130
Messung der Hochspannung . 135
Rontgenapparaturen . . . . 139
Hartemesser . . . . . . . . 14 7
Dosimeter oder Dosismesser . 149
Phantome und Felderwahler 157
Diagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Gefahren und Schutzma13nahmen im Riintgenbetrieb 166
IV. Radioaktivitat 172
Radioaktive Familien 17 5
V. Haemodynamik . . . 185
Die Pulsfrequenz . . . 18{)
Pulsform . . . . . . 188
Absolute Druckmessungen . . 192
Bestimmung des Minimal- und des Maximaldruckes nach der Schwin-
gungsmethode . . . . . . . 19{)
Volumbolometrie . . . . . . . . . . . . . . . . 198
VI. Elektrokardiographie . . . . . . . . . . . . . 205
VII. Analyse von Herztiinen und Atemgerauschen 214
VIII. Elektrische Felder physiologischen Ursprunges 225
Sachverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
I. 'Vagungen.
Waage und Wagungen.
Die Waage dient zur Massenbestimmung. Sie ist eines der am meisten
verbreiteten und zugleich das genauesteMeBinstrument und wird deshalb
zu vielen Untersuchungen verwendet. In der Biologie z. B. werden
chemische, d. h. stoffliche Anderungen mit Vorliebe mit der Waage
ausgefUhrt. Bei einer guten Analysenwaage kann man im Durchschnitt
bt.s 100 g B e1 a stung 0 , 1 mg nach we1. sen, d . h . 0•1000001,". , g 10010 000 T e1' I d er
zu wagenden GroBe. Ohne aile VorsichtsmaBregeln zu beriicksichtigen,
den Millionstel, eine Genauigkeit, die bei anderen physikalischen
Messungen selten erreicht wird.
Die Masseneinheit, das Gramm, ist definiert als der tausendste
Teil des im ,Bureau International des Poids et Mesures" in Sevres
bei Paris aufbewahrten Normalkilogramms. Sie entspricht mit einer
sehr kleinen Abweichung der Masse eines Kubikzentimeters Wasser
von 4° C.
Jede Masse unterliegt der Gravitation. Sie wird von der Erde an
gezogen mit einer Kraft, welche 980 Dynen im Mittel entspricht. Das
Produkt aus der Masse eines Korpers und der anziehenden Kraft der
Erde bezeichnet man als Gewicht des Korpers. Die anziehende Kraft
der Erde ist auf ihrer Oberflache an verschiedenen Breitengraden, der
Erdabplattung wegen, etwas verschieden. Die Masse eines Korpers wird
dadurch nicht beriihrt, wohl aber-wenn auch in bescheidenem MaBe
sein Gewicht. In praxi setzt man gleichwohl immer Masse gleich Ge
wicht.
Die Ausfiihrungsformen der Waagen sind je nach ihrem Verwendungs
zwecke verschieden. Fur wissenschaftliche Untersuchungen und da,
wo man an genaue Bestimmung nicht zu groBer Massen gebunden ist,
wie z. B. bei der Verabreichung bestimmter Dosen von Giftstoffen und
Heilmitteln an Patienten, beniitzt man die Laboratoriumswaage (vgl.
Abb. 1). Sie besteht aus einer festen Saule, auf welcher der mit einer
Stahlschneide versehene und auf einer Stahl- oder Achatplatte ruhende
Waagebalken liegt. Auf heiden Seiten des Waagebalkens haugen die
Waagschalen, ebenfalls gelagert mit Stahlschneiden auf Stahl- bzw.
Achatplatten. Ander Mitte des Waagebalkens ist vertikal abwarts ein
Zeiger (Nadel) befestigt, dessen Ausschlag auf einer Skala abgelesen
wird. Die Waage kann durch Drehen eines Griffes arretiert werden,
wodurch Waagebalken und Waagschalen von ihren Lagern gehoben
werden. Das gauze W aagensystem ist in einem Glaskasten mit vorderer
und seitlichen Glastiiren eingeschlossen.
Krethlow, Physik. 1
2 Wagungen.
Legt man auf eine Schale z. B. die linke, den zu wagenden Korper,
so besteht seine Wagung darin, das durch ihn hervorgerufene Dreh
moment mittels auf die rechte Schale gelegter Massen zu kompensieren.
Eine Wagung fallt aber nur dann richtig aus, wenn die Waage vom
Konstrukteur in allen Punkten ordnungsgemaB aufgebaut ist und aile
an sie zu stellenden Anforderungen beriicksichtigt sind. Auch bei guten
Konstruktionen ist es nicht ausgeschlossen, daB sich das eine oder
andere Konstruktions
element mit der Zeit
andert und deshalb
ofters eine Kontrolle
der W aagen notwendig
ist. W ora uf es hierbei
ankommt, soli im fol
genden an Hand der
Abb.2 kurz besprochen
werden.
Die Abbildung zeigt
schematisch die Kon
struktion einer Waage.
A sei die Schneide der
Balkenauflage am fe
sten Stander, B und C
die Schneiden, auf wei
chen die Bugel der
Waagschalen aufliegen
und s der Schwer
punkt des Waagebal
Abb. 1. Prazisionswaage.
kens.
Auf jeder der heiden Schalen P und P' liege dieselbe Masse M (hzw.
M'). Offenhar sollte dann die Waage keinen Ausschlag gehen; denn
es sind die heiden Drehmomente, welche aus dem Produkt von Kraft
M · g hzw. M' · g (g = Gravitationskonstante) und Hehelarm AB hzw.
AC gehildet werden, einander gleich. Gibt die Waage trotz der Gleich-
[8 AI c heit der heiden Massen M einen Ausschlag, so
hedeutet dies, daB die Schneidenahstande AB
und AC nicht gleich groB sind. Der durch diese
Ungleichheit hei Wagungen hervorgerufene Feh
f' ler ist proportional dem Verhaltnisse der heiden
Hehelarme. Wagt man verschiedene Massen
Abb, 2. Schema der Waage. und legt hierb ei jedesma 1 d ie Gewich tstuck e
auf dieselbe, z. B. die rechte Schale, so werden samtliche gewogenen
Massen urn einen hestimmten Faktor, namlich das Verhaltnis der heiden
Hehelarme zueinander, zu groB oder zu klein. Wenn die Massen von Kor
pern nur relativ zueinander hekannt sein sollen, wie dies hei Dichtehe·
stimmungen, chemischen Analysen usw. der Fall ist, so fallt eine Un
gleicharmigkeit des Waagehalkens auBer Betracht, vorausgesetzt, daB
die zu wagenden Massen immer auf dieselhe Schale gelegt werden. Bei