医用输液器的空气管为什么不外流液体，而竖直向下的管却流？

一、静脉输液技术的演变历程

静脉输液系统已迭代至第三代。第一代容器上部开放，直接暴露于空气，存在安全隐患。第二代改为封闭上端，通过进气管调节内外气压平衡。而第三代则采用完全封闭设计，容器变为软袋。（参考图1）

二、原理简要解析

为了药液能顺利向下流动，静脉针T1处需满足一个条件：即药液受到的向下的力必须大于向上的力，即（顶部气体气压P1与上部液压P2之和）必须大于静脉压P3。

在第一代输液系统中，P1等同于大气压；第二代系统中，通过进气管设计，P1也能近似于大气压；而在第三代系统中，虽然容器上部无空气，但由于采用软袋设计，液体通过袋壁同样受到一个大气压的作用。由于P1相对稳定，因此，通过调整P2，即改变容器的高度，可以实现药液向下流动的目的。（参考图2）

问题随之产生，同样是连接容器下部的两条细管，为何一条流通空气而另一条输送药液？进气管中的空气又是如何进入容器的呢？

三、进气管的奥秘

（一）进气管构造解析

进气管的末端设计精巧，其中的薄片允许空气自由流通，但在液体从内向外施加的压力下会封闭出口，从而只允许空气进出，防止液体通过（除非压力过大）。正是这一设计，保证了第二代输液系统的稳定运行。（参考图3）

（二）物理过程详解（参考图2）

第二代输液系统在运行时，进气管会经历三种状态变化：充满药液、药液回流、流通空气。

1、充满药液阶段

当输液器尖端插入容器时，在P1和P2的作用下，药液会克服下方阻力，分别沿着进气管和输液管向下流动。由于输液前输液器开关通常处于关闭状态，因此药液会部分进入输液管并充满进气管。

2、药液回流阶段

在T2点处，药液受到向内的外界空气压P0和向外的P1+P4的合力作用。当输液开关打开，药液开始克服静脉压力进入患者体内时，上部容器内的气体因体积不断增大，导致P1逐渐减小。当P1+P4小于P0时，药液开始回流至容器内。理论上，回流速度与输液管内药液下流速度应相当。

3、流通空气阶段

当进气管中的药液回流至T3处时，外界空气在压力差的作用下进一步向容器内部移动。此时，空气会遇到一个新的向外阻力，即液体的表面张力。随着空气向内侧移动，液面被向内拉扯成半圆形、椭圆形，直至最终克服表面张力形成封闭的气泡。气泡上下表面因液体高度差而受到大小和方向不同的两个力，最终形成一个向上的合力，推动气泡上移至顶部空气区域，从而使P1增大，完成一个循环。

四、趣味视频分享

在P4不断变化的情况下，进气管中的液体会呈现出左右流动的现象，这一现象非常有趣，值得一看。