Сочинение диффузия в моей жизни

Обновлено: 05.07.2024

Объект исследования: диффузия в жизни человека.

Предмет исследования: процесс диффузии в жидкостях.

Цель исследования: рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать общую значимость этого явления.

Задачи исследования: выяснить, как отличается время протекания диффузии в жидкостях с разными температурами, при смешивании разных жидкостях и как виду себя газы в жидкостях. Провести дальнейший анализ результатов.

Методы исследования: изучение, обобщение, практика, анализ.

Введение

Строение материи - одна из главных проблем науки, а основой современной физики является атомно-молекулярное учение. В настоящее время доказательства положений молекулярно-кинетической теории настолько многочисленны и убедительны, что существование молекул признано как установленный факт.

Из большого числа научных положений и опытных фактов, относящихся к молекулярно-кинетической теории, наибольший интерес у меня вызвало явление диффузии с которым ныс познакомили в 7 классе на уроках физики.

Каждое утро, выпивая кружку чая, мы не догадываемся, что наблюдаем явление диффузии. Но далеко не все размышляли над вопросом что такое диффузия и какова ее роль в жизни человека. Роль, которую играет диффузия в окружающем нас мире трудно переоценить. Она встречается повсюду.

Актуальность работы состоит в том, что изучение влияния диффузии на жизнедеятельность растений, животных и человека расширит спектр наших знаний о живой природе, продемонстрирует тесную связь физики, биологии, экологии, медицины.

Объект исследования: явление диффузии.

Предмет исследования: влияние явления диффузии на процессы, протекающие в природе, и связанные с жизнедеятельностью человека.

Цель: рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать общую значимость этого явления.

Диффузия и ее закономерности

Диффузия - процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному равномерному перемешиванию веществ по всему объему

Первое систематическое экспериментальное исследование диффузии было выполнено Томасом Грэмом (рис. 1). Он изучал диффузию в газах, и это явление (Закон Грэма) было описано им в 1831–1833 гг. Первое количественное описание процессов диффузии было дано немецким физиологом А. Фиком (рис. 2) в 1855 году.

Ученые Томас Грэм (слева) и Адольф Фик

Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами четко видна граница раздела двух сред. Затем, вследствие своего движения, отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами. Граница между веществами расплывается. Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во все более глубоких слоях.

Граница раздела веществ становится еще более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит в конце концов к тому, что раствор в сосуде становится однородным. Явление диффузии мы наблюдаем каждый день: наливаем ли заварку чая в кипяток, приготавливаем ли красящий раствор. И даже когда сгорает что-то на плите, а запах чувствуется по всему дому, мы вновь сталкиваемся с явлением диффузии.

Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то во всех этих веществах возможна диффузия. Однако скорость протекания данного явления для них различна. Распространение запаха объясняется движением молекул. Промежутки между частицами в воздухе довольно большие, частицы двигаются хаотично, поэтому диффузия газообразных веществ происходит достаточно быстро.

Влияние диффузии на жизнедеятельность живых организмов

Положительное влияние:

Большую роль диффузионные процессы играют в снабжении кислородом природных водоемов и аквариумов. Кислород попадает в более глубокие слои воды за счет диффузии через их свободную поверхность. Именно по этой причине нельзя перекрывать ее. Так, например, листья, покрывающие эту самую поверхность, могут совсем перекрыть доступ кислорода к воде и привести к гибели ее обитателей.

Так же диффузия играет не менее важную роль в растительном мире. Например, большое развитие листовой кроны деревьев объясняется так: диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично и питания. Сейчас довольно широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем опрыскивания их кроны. Благодаря диффузии растение получает минеральные вещества и воду из почвы.

Также этот процесс показывает один из механизмов второго закона термодинамики, который объясняет стремление всего живого в более устойчивое состояние. Этот процесс сыграл важную работу в возникновении и дальнейшем развитии планеты. Естественно, без данного явления не было бы и животного мира. Диффузия влияет не только на физиологические процессы. Акулы, например, чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Бабочки всегда находят дорогу к красивому цветку, а пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

Стоит ли говорить, что диффузия играет огромную роль в поглощении неорганических веществ из воздуха и почвы растениями, которые участвуют в фотосинтезе для образования органических веществ. А из этого следует, что диффузия лежит в основе обмена веществ между растениями и окружающей средой.

Отрицательное влияние:

К сожалению, развитие человеческой цивилизации оказывает негативное влияние на природу и процессы, которые протекают в ней. Диффузия играет большую роль в загрязнении водоемов. Загрязнение рек, морей и океанов приводит к тому, что в них исчезает жизнь. Температура воды повышается и при этом снижается содержание кислорода, что плохо сказывается на водных организмах.

Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик, выхлопными газами, и из-за этого вредные отходы жизнедеятельности человека проникают в почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь животных и растений.

Влияние диффузии на жизнь человека

На диффузии основаны многие процессы, которые происходят в организме человека. Одним из процессов является дыхание. Защита организма с помощью лекарств тоже является диффузией. Она широко используется во многих сферах деятельности человека. На этом явлении основана диффузионная сварка металлов.

Пример диффузионной сварки: прижать друг к другу золотой диск и свинцовый цилиндр, а после поместить их на 10 дней в печь, где поддерживалась температура 200°С. После того как печь откроют, разъединить диск и цилиндр будет невозможно. За счет диффузии свинец и золото приросли друг к другу. Сегодня такая технология соединения деталей носит название диффузионной сварки. Впервые такая сварка была сделана Робертс-Аустеном.

Уильям Робертс-Остен (1843-1902) английский металлург

Таким образом, мы видим, что скорость протекания этого процесса также зависит не только от агрегатного состояния вещества, его плотности, но и от температуры. Протекание диффузии от температуры обусловлено увеличением скорости движения молекул. Человек теперь может использовать свойства диффузии даже в целях обеспечения собственной безопасности.

Природный газ, который мы используем дома, не имеет запаха. При утечке заметить его невозможно, поэтому на распределительных станциях газ смешивают с особым веществом, обладающим резким, неприятным запахом, который легко ощущается человеком.

Экспериментальная часть

Опыт 1.

В один стакан я положил пакетик с чаем. В первом случае стакан (рисунок 4, 5, 6) наполнен теплой водой, имеющую температуру меньше 30 градусов.

Стакан с теплой водой

Во втором (рисунок 7, 8, 9) - горячей, температура которой 90 градусов. Наблюдения фиксировал с помощью камеры телефона с интервалом 10 минут, в течение 30 мин.

Стакан с горячей водой

Опыт 2.

Сначала в стакан я налил газировку "Кока-кола зеро" после чего налил туда молока.

Кока-кола с молоком

Опыт 3.

Я сжал пластиковую бутылку с "Кока колой" после чего закрыл ее и потряс.

Бутылка с колой после тряски

Вывод экспериментальной части

Опыт 1. Я увидели на экспериментальном опыте что скорость протекания диффузии зависит от температуры: чем выше температура вещества, тем быстрее происходит диффузия.

Опыт 2. Я увидел, что жидкости смешиваются, еще и пенка образовалась. Но на этом опыте что-то пошло нет так потому что жидкость должна была стать более прозрачной, а на дне должен был образоваться осадок, но наверно это связана с малым количеством жидкости.

Опыт 3. После того как я потряс бутылку она стала в свою первоначальную форму и стала еще более плотной, это связано с тем, что в бутылке образовалось много газов от напитка, и оно заполнило пространство в ней.

Заключение

Я увидел, как велико значение диффузии, а существование всех живых организмов было бы просто невозможно, если бы в природе не существовало этого явления. Природа широко использует возможности, заложенные в процессе диффузионного проникновения, оно играет важнейшую роль в поглощении и передвижении питательных веществ и насыщении организма растения кислородом.

Такое же значение диффузия имеет и для животных и человека. Таким образом, диффузия играет очень большую роль в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений. Но, к сожалению, люди в результате своей деятельности часто оказывают негативное влияние на естественные процессы в природе.

Изучая диффузию, ее роль и факторы, влияющие на ее протекание в природе, я пришел к выводу, что надо сильнее привлекать внимание общественности к важности изучения процессов, происходящих в окружающей среде.

Диффузия - одно из самых значимых явлений в физике. Оно играет чрезвычайно важную роль в живой природе, его широко применяют в технике, в повседневной жизни. Но, оказывается, что процесс диффузии играет большую роль в загрязнении воздуха, рек, морей и океанов. Как разного рода загрязнители проникают в те вещества, которые обеспечивают жизнедеятельность растений, животных, человека? Давайте с вами проведем исследование и узнаем как диффузия воздействует на окружающую среду , какую пользу и вред она приносит.

Мне нравится Проект нравится 14 участникам

Диффузия - явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Примером диффузии в газах является распространение запахов в воздухе, но запах распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время. Почему так происходит? Просто движению молекул пахучего вещества в определенном направлении мешает движение молекул воздуха. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях она меняет направление и скорость движения. Поэтому диффузионное проникновение молекул значительно медленнее их свободного движения. Явление диффузии показывает, что молекулы все время хаотично движутся и притом в различных направлениях. Такое движение называется молекулярным тепловым движением. Диффузия, также доказывает, что между молекулами имеются промежутки.Известно, что частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия.Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах. Дело в том, что в газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию, а в твердых телах, в кристаллах, где атомы совершают малые колебания около положения узла решётки, нет. Скорость протекания диффузии зависит от: агрегатного состояния вещества; массы молекул; температуры.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии. Корни растений захватывают необходимые для растения вещества из почвенных вод благодаря диффузионному потоку внутрь корней.На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др. Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека. На этом явлении основана, например, диффузионная сварка металлов, никелирование. Результатом диффузии может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. На явлении диффузии основаны соление овощей, варка варения, получение компотов и многое другое.В общем, диффузия имеет большое значение в природе и жизнедеятельности человека, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды. На протекание диффузных процессов в природе отрицательное влияние оказывает деятельность человека. Большую роль играют диффузионные процессы в снабжении кислородом природных водоемов. Кислород попадает в более глубокие слои воды в водоемах за счет диффузии через их свободную поверхность. Поэтому любое загрязнение поверхности воды, губительно для всего живого в водоеме. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб промышленных и энергетических предприятий, выхлопные газы автомобилей, благодаря диффузии, распространяются на большие расстояния. Воздух и земля ещё загрязняется бытовыми отходами. Загрязняющие вещества попадают в пищу, воздух, воду и наносят огромный вред здоровью человека. Ярким проявлением диффузии, напрямую связанным с экологическими проблемами – это грязный, фактически отравленный выхлопными газами автомобилей, воздух в черте крупных городов, загрязнение отравляющими отходами многочисленных водоёмов, почвы и т.д.

Давайте вместе проведем исследование и выясним, на примере распространения пахучего вещества в воздухе как явление диффузии способствует загрязнению воздуха (проведем аналогию между молекулами загрязняющего вещества и молекулами пахучего вещества). Приведем примеры типичных загрязнителей атмосферы, рек и водоемов, полей и лесов. Узнаем, какие существуют способы защиты окружающей среды от загрязнения.

В ходе данной проекта рассматривается такое понятие как диффузия, и какую роль она играет в жизни человека и животных.

Природа широко использует возможности, заложенные в процессе диффузионного проникновения. Диффузия играет важнейшую роль в поглощении питания и насыщении кислородом крови, в воздухе которым мы дышим, всюду мы видим проявление всемогущей и универсальной диффузии.

Изучая диффузию, мы пришли к выводу, что она присутствует во всех сферах жизнедеятельности человека, без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна.

Вложение	Размер
diffuziya.docx	581.39 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
средней общеобразовательной школы №11 г. Павлово

Проект по физике

Выполнила:
ученица 11 класса
Павлова Дарья
Александровна
Руководитель:
Трескова М.В.

II. Явление диффузии, его сущность

2.1.Описание процесса диффузии

2.2.Объяснение явления диффузии

2.3. Закономерности протекания диффузии

III. Значение диффузии

3.1.Роль диффузия в природе.

3.2.Роль диффузии в получении растворов.

3.5.Осмос. Практическое применение осмоса

3.6.Применение диффузии в технике и в повседневной жизни

3.7.Вредное проявление диффузии

IV. Практическая часть.

VI.Список использованной литературы

В нашей повседневной жизни мы иногда не замечаем некоторых физических явлений. Например, кто-то открыл флакон с духами, и мы, даже находясь на большом расстоянии, почувствуем этот запах. Поднимаясь по лестнице к своей квартире, мы можем ощутить запах пищи, приготовленной дома. Мы опускаем в стакан с горячей водой пакетик с заваркой для приготовления чая, и даже не замечаем, как заварка окрашивает всю воду в чашке.
Итак, как вы догадались, в моей работе я речь пойдет о диффузии.

Диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) — явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

Цель работы:
изучение процесса диффузии
объяснения ее значимости в нашей жизни, наблюдение ее проявлений
описание полезных и вредных свойств
описание значимости этого процесса в нашей жизни
Задачи работы:
расширить наши знания
объяснить процесс диффузии
доказать существование данного процесса
рассказать о том, где можем наблюдать диффузию
выявить свойства диффузии.
Значимость работы.
Практическая значимость моей исследовательской работы заключается в том, что полученные результаты помогут в изучении данной темы в школе, привлечет большее внимание школьников к этому физическому процессу.

Дальнейшие исследования диффузии.

Ж.Нолле (1748)- Открытие диффузии жидкости сквозь перегородку.

Ж.Нолле (1748)- Открытие осмоса.

Осмос- процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества (меньшей концентрации растворителя).

А.Фик (1855)- Закон диффузии.

Й.Стефан (1871)- Теория диффузии газов

Дж. Максвелл (1866)- Теория переноса в общем виде (диффузия, теплопроводность, внутреннее трение)

К.Нейман (1872)- Предсказание термодиффузии

Б.Феддерсен (1873)- Открытие термодиффузии.

Явление диффузии, его сущность.

Как мы знаем, молекулы любого вещества находятся на некотором расстоянии друг от друга и беспрерывно хаотично движутся. Именно поэтому отдельные молекулы ,например аммиака , хаотично перемещаясь, проникают в промежутки между молекулами воздуха, сталкиваются с ними и, таким образом, перемещаются все дальше и дальше от источника, т.е. от открытой пробирки с аммиаком. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы аммиака много раз меняют направление своего движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всей комнате. Это и есть явление диффузии.

Диффузия в газах и жидкостях происходит легче и быстрее, чем диффузия в твердых телах, так как молекулы в газах и жидкостях, соответственно, движутся свободнее, и расстояние между ними больше, чем в твердом теле.

Движения частиц при диффузии совершенно случайны, все направления смещения равновероятны.
Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия. Диффузия – перенос вещества, обусловленный самопроизвольным выравниванием неоднородной концентрации атомов или молекул разного вида. Если в сосуд впустить порции различных газов, то через некоторое время все газы равномерно перемешиваются: число молекул каждого вида в единице объёма сосуда станет постоянным, концентрация выравнивается.

Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред (рис.1а). Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами.

Граница между веществами расплывается (рис.1б). Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во всё более глубоких слоях. Граница раздела веществ становится ещё более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит в конце концов к тому, что раствор в сосуде становится однородным (рис.1в).

а б в
Рис.1. Объяснение явления диффузии.

Скорость диффузии растет с увеличением температуры.
Обратимся к опыту. В двух стаканах налита вода, но в одном холодная, а в другом – горячая. Опустим одновременно в стаканы пакетики с чаем. Нетрудно заметить, что в горячей воде чай быстрее окрашивает воду, диффузия протекает быстрее. Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры, так как молекулы взаимодействующих тел начинают двигаться быстрее.

Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах. Дело в том, что в газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию, а в твердых телах, в кристаллах, где атомы совершают малые колебания около положения узла решётки, нет.

Роль диффузии в природе.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии. Корни растений захватывают необходимые для растения вещества из почвенных вод благодаря диффузионному потоку внутрь корней. На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др.

С помощью диффузии происходит распространение различных газообразных веществ в воздухе: например, дым костра распространяется на большие расстояния.
Результатом этого явления может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. Таким же образом происходит загрязнение воздуха вредными продуктами промышленного производства и выхлопными газами автомобилей. Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома, не имеет ни цвета, ни запаха. При утечке заметить его невозможно, поэтому на распределительных станциях газ смешивают с особым веществом, обладающим резким, неприятным запахом, который легко ощущается человеком.

Благодаря явлению диффузии нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот инертные газы.

В жидкостях диффузия протекает помедленнее, чем в газах, но этот процесс можно ускорить, с помощью нагревания. Например, чтобы быстрее засолить огурцы, их заливают горячим рассолом. Мы знаем, что в холодном чае сахар растворится медленнее, чем в горячем.

Летом, наблюдая за муравьями, мы всегда задумывались над тем, как они в огромном для них мире, узнают дорогу домой. Оказывается, и эту загадку открывает явление диффузии. Муравьи помечают свой путь капельками пахучей жидкости

Благодаря диффузии, насекомые находят себе пищу. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

А растение растет, цветет для них тоже благодаря диффузии. Ведь мы говорим, что растение дышит и выдыхает воздух, пьет воду, получает из почвы различные микродобавки.

Плотоядные животные находят своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров, также как и рыбы пираньи.

Экология окружающей среды ухудшается за счёт выбросов в атмосферу, в воду химических и прочих вредных веществ, и это всё распространяется и загрязняет огромные территории. А вот деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии.
На принципе диффузии основано перемешивание пресной воды с соленой при впадении рек в моря. Диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений.

Во всех приведенных примерах мы наблюдаем взаимное проникновение молекул веществ, т.е. диффузию. На этом процессе основаны многие физиологические процессы в организме человека и животных: такие как дыхание, всасывание и др. В общем, диффузия имеет большое значение в природе, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды.

Роль диффузии в получении растворов.

Физическая теория растворов была предложена В. Оствальдом (Германия) и С. Аррениусом (Швеция). Согласно этой теории частицы растворителя и растворенного вещества (молекулы, ионы) равномерно распределяются по всему объему раствора вследствие процессов диффузии. При этом между растворителем и растворенным веществом отсутствует химическое взаимодействие.
То есть процессы диффузии в газах, жидких гелях широко применяются в химии. Например, для получения растворов, для обогащения воздуха кислородом в металлургической промышленности. Диффузия лежит в основе многих технологических процессов: адсорбции, сушки, экстрагирования, мембранных методов разделения смесей и др.

Пронаблюдаем, как легко происходит диффузия между воздухом и бурым газом (оксидом азота (NO 2 )). Возьмем колбу и на дно поместим медные опилки (рис.2а), а затем прильем раствор концентр. HNОз (рис.2б). В колбе протекает реакция, в результате которой выделяется бурый газ (NO 2 )(рис.2в):

Сu + 4НNО 3 → Сu(NО 3 ) 2 + 2NO 2 ↑+ 2H 2 O

медные раствор (NО 2 )

а б в
Рис.2. Диффузия между воздухом и бурым газом (оксидом азота (NO 2 ).

Диффузия и безопасность человека.
Горючий природный газ, используемый в быту для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха.
Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, горючий газ предварительно смешивают с резко пахнущими веществами.
Это позволяет быстро заметить наличие утечки газа в помещении.

Работа аппарата основывается на принципах диализа — это выведение низкомолекулярных веществ из коллоидных растворов благодаря диффузии и разнице между осмотическим давлением с двух сторон целлофановой полупроницаемой мембраны.

Гемодиализ — это наиболее популярный метод проведения лечения запущенных форм недостаточности почек. Такая процедура позволяет человеку продолжать вести активный образ жизни, несмотря на неполноценную работу почек.

Практическое применение осмоса. Мембранные методы разделения основаны на различной скорости прохождения компонентов раствора или газовой смеси через полупроницаемую мембрану за счёт разницы концентрации, давления, температуры или электрического потенциала по обе стороны мембраны. Мембранные методы разделения применяются для опреснения солёных и очистки сточных вод, получения особо чистой воды, разделения углеводородов, концентрирования растворов, в том числе пищевых продуктов, биологически активных веществ, обогащения воздуха кислородом. Полупроницаемые мембраны изготовляют в виде пористых плёнок, пластин, полых нитей из полимеров, стекла, металлов. Обратный осмос используется при гиперфильтрации – метода концентрирования или уменьшения засоленности растворов, заключающийся в подаче их на полупроницаемую мембрану. Мембрана пропускает растворитель и полностью или частично задерживает растворенное вещество. Обратный осмос применяется для опреснения солёных и очистки сточных вод, разделения трудноразделимых смесей, смещения равновесия химических реакции.

В настоящее время во всем мире действует свыше 2000 заводов по опреснению воды.

Применение диффузии в технике.

Явления диффузии широко используются в технике. Например, при извлечении сахара из свеклы последнюю мелко нарезают и помещают в специальные металлические сосуды ( диффузоры), через которые проходит ток горячей воды. Находящийся в свекле сахар диффундирует при этом в протекающую воду. Из полученного раствора выделяют кристаллический сахар.

Применение в повседневной жизни.

Явление диффузии можно наблюдать дома достаточно часто: когда пользуемся аромолампой с эфирными маслами или спреями для тела или для ног, духами, распыляем средства для уничтожения в помещении комаров и мух, когда что-то склеиваем или когда пьем чай или кофе. В кружке чай с сахаром и кусочком лимона. Мы перемешиваем ложечкой горячую воду - это ускоряет процесс проникновения молекул сахара и лимона между молекулами воды. Также засолка, маринование, компоты – это все тоже благодаря диффузии.

Вредное проявление диффузии.

Не всегда диффузия благо для человека. К сожалению, необходимо отметить и вредные проявления этого явления. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. В настоящее время общее количество эмиссии газов в атмосферу превышает 40 миллиардов тонн в год. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.
Загрязнение водоёмов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают.
Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб, труб тепловых электростанций устанавливают специальные фильтры. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, навоз, различного рода химикаты.
Мы видим, как велико значение диффузии в неживой природе, а существование живых организмов было бы невозможно, если бы не было этого явления. К сожалению, приходится бороться с отрицательным проявлением этого явления, но положительных факторов намного больше и поэтому мы говорим об огромном значении диффузии в природе.

Опыт № 1 Наблюдение явления диффузии в жидкости.

Вывод : проведя опыт, мы обнаружили, что диффузия наблюдается в жидкостях и с увеличением температуры скорость данного процесса увеличивается.

Опыт № 2 Наблюдение явления диффузии в газах.

Цель: наблюдение диффузии в газах.
Приборы и материалы: флакон духов с пульверизатором, воздух.
Описание опыта и полученные результаты:
а) разбрызгиваем духи;
б) распространения запаха по всей комнате.

Вывод : проведя опыт, мы обнаружили, что диффузия наблюдается в газах.

Опыт № 3 Наблюдение явления диффузии в твердых телах.

Вывод: в ходе данного опыта мы пронаблюдали диффузию в твердых телах, заметили, что этот процесс протекает в твердых телах намного медленнее, чем в газах и жидкостях.

Заключение.
В ходе данной исследовательской работы можно сделать вывод о том, что диффузия играет огромную роль в жизни человека и животных.

Учебно- экспериментально - исследовательский проект на тему:

Руководитель проекта учитель физики

Введение
Что такое диффузия ?
История открытия диффузии
Практическое применение явления диффузии в жизни человека.

4.1 Сварка металлов

4.2 Диффузионный аппарат

4.4 Процесс металлизации

4.5 Процесс цементации

5.Роль диффузии в природе

5.1 Питание растений

5.3Диффузия в человеке

5.4 Вредное проявление диффузии

6. Применение диффузии в медицине

7. Экспериментальная часть

9. Список литературы

Цель работы: Рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать общую значимость этого явления.

- Систематизировать свои знания, о процессе диффузии, через расширение теоретических знаний .

Показать значимость диффузии

-Продемонстрировать тесную связь физики, биологии, экологии, медицины.

Объект исследования : явление диффузии.

Методы исследования : информационные, экспериментально-аналитический.

Гипотеза : Приступая к работе над проектом, я предположил, что роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека имеет общую значимость; а также на основании жизненного опыта: что диффузия в газах распространяется быстрее чем в жидкостях и твёрдых телах.

Теоретическаязначимость проекта является: презентация, реферат.

Актуальность

Явление диффузии, мы изучали в курсе физики 7 класса, оно меня заинтересовало, и я решил углубить свои знания в практическом применении этого физического явления, его влияния на жизнедеятельность растений, животных и человека, расширить спектр своих знаний о живой природе, а также продемонстрировать тесную связь физики, биологии, экологии и медицины.

Диффузия - одно из самых значимых явлений в физике. Оно играет чрезвычайно важную роль в живой природе, его широко применяют в технике, и в быту . В нашей повседневной жизни мы иногда не замечаем некоторых физических явлений. Например, кто-то открыл флакон с духами, и мы, даже находясь на большом расстоянии, почувствуем этот запах. Мы опускаем в стакан с горячей водой пакетик с заваркой для приготовления чая, и даже не замечаем, как заварка окрашивает всю воду в чашке.Роль, которую играет диффузия в окружающем нас мире трудно переоценить. К сожалению, диффузионные процессы могут оказывать не только положительное, но и негативное влияние на жизнедеятельность растений , животных и человека.

Что такое диффузия?

Явление диффузии показывает, что молекулы все время хаотично движутся и притом в различных направлениях. Такое движение называется молекулярным тепловым движением. Диффузия, также доказывает, что между молекулами имеются промежутки.

Известно, что частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах. Дело в том, что в газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию, а в твердых телах, в кристаллах, где атомы совершают малые колебания около положения узла решётки, нет. Скорость протекания диффузии зависит от: агрегатного состояния вещества; массы молекул; температуры.

История открытия диффузии.

Практическое применение явления диффузии в жизни человека.

Сварка металлов.

Диффузия находит широкое применение в промышленности и повседневной жизни.

На явлении диффузии основана диффузионная сварка металлов .

Методом диффузионной сварки без применения припоев, электродов и флюсов является соединение между собой металлы, неметаллы, пластмассы. Детали помещают в закрытую сварочную камеру с сильным разряжением, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов. Диффузионная сварка применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном машиностроении.

Диффузионный аппарат.

Для извлечения растворимых веществ из твердого измельченного материала применяют диффузионный аппарат. Такие аппараты распространены главным образом в свеклосахарном производстве, где их используют для получения сахарного сока из свекловичной стружки, нагреваемой вместе сводой.

Ядерные реакторы.

Существенную роль в работе ядерных реакторов играет диффузия нейтронов, то есть распространение нейтронов в веществе, сопровождающееся многократным изменением направления и скорости их движения в результате столкновения с ядрами атомов. Диффузия нейтронов в среде аналогична диффузии атомов и молекулов газах и подчиняется тем же закономерностям.

В результате диффузии носителей в полупроводниках возникает электрический ток, перемещение носителей заряда в полупроводниках обусловлено неоднородностью их концентрации. Для создания, например, полупроводникового диода в одну из поверхностей германия вплавляют индий. Вследствие диффузии атомов индия в глубь монокристалла германия в нем образовывается переход, по которому может идти значительный ток при минимальном сопротивлении.

Процесс Металлизации.

Применяется для защитыизделий от коррозии, износа, повышения контактной электрической проводимости , в декоративных целях, так.

Процесс цементации

Диффузия широко используется в технике для повышения жаростойкости, твердости и прочности деталей машин. Так, например, для повышения твердости и износоустойчивости деталей машин осуществляют так называемую цементацию, сущность которой заключается в том, что детали помещают в ящики, наполненные порошкообразным углеродом, затем помещают в термическую печь и выдерживают в ней определенное время. Молекулы углеродом проникают между атомами (молекулами) поверхностного слоя стальной детали, образуя слои цементита. Чем выше температура печи и время выдержки деталей в ней, тем больше глубина науглероженного слоя металла. Также диффузия применяется для сглаживания резких цветовых переходов.

Роль диффузии в природе

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот и инертные газы.

Питание растений

Удобрение почв тоже происходят с помощью диффузии. Благодаря использованию определённых химических средств или компоста почва становится более плодородной. Почему так происходит? Суть в том, что молекулы удобрения диффундируют с молекулами почвы. После чего процесс диффузии происходит между молекулами почвы и корня растения. Благодаря этому сезон будет более урожайным.

Диффузия в человеке

Явление диффузии играет большую роль в жизни человека. Кислород проникает в кровяные капилляры легких путем диффузии через стенки альвеол, а затем растворяясь в них, разносится по всему организму, обогащая его кислородом.

Вредное проявление диффузии.

Не всегда диффузия полезна для человека. К сожалению, необходимо отметить и вредные проявления этого явления. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. В настоящее время общее количество эмиссии газов в атмосферу превышает 40 миллиардов тонн в год. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей.

Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.Загрязнение водоёмов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают.

Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб, труб тепловых электростанций устанавливают специальные фильтры. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, различного рода химикаты.
Мы видим, как велико значение диффузии в неживой природе, а существование живых организмов было бы невозможно, если бы не было этого явления. К сожалению, приходится бороться с отрицательным проявлением этого явления, но положительных факторов намного больше и поэтому мы говорим об огромном значении диффузии в природе.

Искусственная почка — это аппарат, предназначенный для выведения из крови человека токсинов, скапливающихся в почках при их тяжелом поражении — обычно это хроническая и острая формы недостаточности почек.

Сам аппарат представляет собой машину весом около 80 кг, работающую по принципу насоса. Соответственно, кровь вначале принимается от пациента, затем тщательно очищается и возвращается обратно.

Благодаря ее особой структуре наружу выводятся только лишь токсичные вещества и патогенные бактерии, тогда как все важные микроэлементы и минералы остаются в организме в необходимом количестве.

Работа аппарата основывается на принципах диализа — это выведение низкомолекулярных веществ из растворов благодаря диффузии и разнице между осмотическим давлением с двух сторон целлофановой полупроницаемой мембраны. В результате организм человека избавляется от мочевины и ее соединений, образующихся во время метаболизма белков, креатинина, лишней жидкости, , различных ядовитых соединений, а также метилового и этилового спирта.

Я изучив и проанализировав большой объем информации о применении явления диффузии в различных областях окружающей меня жизни, решил вышеизложенный материал подтвердить экспериментальными опытами.

В первом опыте, используя стакан с горячей водой,стакан с холодной водой и 2 пакетика чая, я опустил одновременно в эти стаканы пакетики.
И наблюдая, что в горячей воде чай быстрее окрашивает жидкость, я пришел к выводу: скорость диффузии зависит от температуры, т.е. чем выше температура, тем больше скорость молекул взаимодействующих тел.

Во втором опыте в кабинете физики, в углу я распылил освежитель воздуха, и через несколько секунд почувствовал его запах. Распространение запаха объясняется движением молекул. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер . Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы освежителя много раз меняют направление своего движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всему кабинету. Я сделал вывод, что скорость диффузии в газах выше чем в жидкостях.

В третьем опыте я взял сырой картофель, ватку, банку, йод. Разрезал картофель на две части. На одну часть капнул йод, так как картофель содержит крахмал, то йод окрасит его в темно-синей цвет. На дно банки опустил вату, смоченную йодом, и накрыл стакан второй половинкой картофеля. Через 30 мин на картофеле появился темно-синий круг. Произошла возгонка йода, пары йода продиффундировали (проникли) в картофель.

Обобщая полученные результаты из проведенных опытов, необходимо обратить внимание на скорость протекания процесса проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества по времени. Опыты подтвердили мою гипотезу, диффузия в газах распространяется быстрее чем в жидкостях и твёрдых телах.

Выполняя проект, я углубил свои знания по очень важному явлению, без которого жизнь на Земле была бы не возможна, показал отрицательные стороны, систематизировал свои старые знания, рассмотрел его роль в природе и жизнедеятельности человека, доказал важное значение этого явления.

Моя гипотеза оказалась верной, действительно, диффузия в газах распространяется быстрее чем в жидкостях и твёрдых телах. Этот проект я могу предложить учителям для привлечения большего внимания школьников к этому физическому процессу и предмету физика.Теоретической значимостью проекта является презентация, реферат .

Читайте также: