Диффузия в быту и технике сообщение
Обновлено: 05.07.2024
В природе это смешивание воздушных масс (даже при отсутствии ветра), благодаря чему воздух однородный около поверхности Земли перемешиваются.
Про распространении запахов знают все.
И про роль диффузии в жизни растений (поглощение углекислого газа, выделение кислорода, питание корнями, явление осмоса).
Поглощение водоемами кислорода из воздуха (очень важно для рыб и других водных животных).
Вся физиология человека и животных связана диффузией, это и дыхание кожей, и всасывание питательных веществ в кишечнике, и введение лекарственных средств (мази, кремы).
В быту же на ум приходит прежде всего чай с сахаром, засолка и консервирование продуктов, копчение, крашение тканей, обуви, кожи и т.д.
Нужно и учитывать явление диффузии, например нельзя стирать цветные вещи со светлыми вместе. Или, когда продукты впитывают в себя посторонние запахи (например, сахар, хлеб, масло в холодильнике способны впитать в себя запахи уксуса, паст, салатов).
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
VII ГОРОДСКАЯ МЕЖШКОЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
Шишкин Николай,
МБОУ Школы № 149
имени Героя РФ А.И. Баранова
Устинова Татьяна Владимировна, учитель физики
Глава 2. Закономерности протекания диффузии………………..……….7
Глава 3. Диффузия вокруг нас
3.1. Диффузия в жизни человека……………………………………8
3.2. Диффузия в живой природе…………………………………….10
3.3.Влияние человека на протекание диффузии в природе …,…..12
Глава 4 Диффузия в быту и технике………………………………..…….14
Отыщи всему начало – и ты многое поймёшь
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 принято как установленный факт. Из большого числа научных положений и опытных фактов, относящихся к молекулярно – кинетической теории, наибольший интерес вызывает явление диффузии. Переоценить значение и роль данного процесса в жизни человечества, да и всего живого трудно. Диффузия является одним из важных процессов в жизнеобеспечении людей и живой природы Земли. Она встречается повсюду, ее проявления есть и в природе, и в технике, и в быту. К сожалению, диффузионные процессы оказывают не только положительное, но и негативное влияние на жизнь человека, животных и растений.
Ежедневно, выпиваю чашку чая или кофе, мы и не догадываемся, что наблюдаем явление диффузии, наслаждаться ароматами цветов и фруктов было бы невозможно без данного явления.
Целью данной работы является углубление знаний по рассматриваемой теме, исследование особенностей протекания диффузии в различных средах, и рассмотрение применения ее в быту.
Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи:
Рассмотреть и систематизировать материал по теме;
Выяснить особенности и закономерности протекания диффузии;
Показать применение диффузионных процессов в повседневной жизни, в быту;
Проверить на практике опыты, описанные в учебной литературе.
Диффузия (лат. diffusion – распространение, растекание, рассеивание) – процесс переноса вещества или материи из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. 1
В школьных учебниках диффузия определяется как явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. 2 Данный процесс обусловлен хаотическим тепловым движением молекул и заключается в переносе частиц и взаимном проникновении вещества. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведет к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объему. Диффузия крупных частиц, взвешенных в газе или жидкости, осуществляется благодаря их броуновскому движению.
Р.Броун модель броуновского движения
Схожим процессом является осмос. Благодаря этому процессу мы можем утолить жажду. Если два раствора с разными концентрациями привести в соприкосновение, то они перемешаются. А если два таких раствора разделены непроницаемой перегородкой, то смешивания не произойдет. Но если перегородка способна пропускать молекулы растворителя и задерживать молекулы растворенного вещества, то молекулы растворителя будут переходить в более концентрированный раствор, все более растворяя его. Возникает осмос - направленное перемешивание молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, разделяющую два раствора различной концентрации. Оболочки всех без исключения живых клеток как раз и обладают замечательной способностью пропускать молекулы воды и задерживать молекулы растворенных в ней веществ – именно благодаря этому клетка и может утолить жажду.
Диффузия является фундаментальным процессом, лежащим в основе функционирования живых систем любого уровня организации, начиная с уровня элементарных частиц (электронная диффузия) и заканчивая биосферным уровнем (круговорот веществ в природе).
Диффузия – результат хаотического движения всех частиц вещества, всякого механического воздействия. 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. Наглядно процесс смешивания можно показать следующим образом:
Сначала между двумя телами четко видна граница раздела двух сред. Затем, вследствие своего движения отдельные частицы вещества, находящиеся 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 все более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит, в конце концов, к тому, что раствор в сосуде становится однородным.
Глава 2. Закономерности протекания диффузии
Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры, так как молекулы взаимодействующих тел начинают двигаться быстрее.
Наиболее быстро протекает диффузия в газах, медленнее в жидкостях и еще медленнее в твердых телах. Дело в том, что в газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию, а в твердых телах, где атомы совершают малые колебания около положения узла решетки, нет.
Диффузия осуществляется между взаимно растворимыми или смешивающимися жидкостями. Все растворы существуют благодаря процессу диффузии. Диффузия очень медленно происходит между несмешивающимися жидкостями, например, вода и подсолнечное масло. В отличие от жидкостей, газы смешиваются друг с другом и могут диффундировать один в другой.
Для подтверждения этих данных были проведены ряд исследований.
Опыт №1. Зависимость скорости протекания диффузии от температуры.
В два одинаковых стакана нальем воду, но в один - комнатной температуры, а в другой - горячую. Опустим в каждый стакан чайный пакетик. Ежедневная процедура для большинства населения по утрам - заваривание чая. Нетрудно заметить, что в горячей воде чай быстрее окрасил воду.
Вывод: скорость диффузии увеличивается с ростом температуры.
Опыт №2. Сравнение протекания диффузии в жидкостях и твердых телах.
Возьмем стакан с водой и аккуратно опустим кристаллик KMnO 4 . Через несколько минут можно увидеть красивую картину распространения кристалликов в воде.
Имитацией твердого тела послужит раствор желатина. Для приготовления раствора, необходимо 1 ложку желатина опустить в холодную воду примерно на 2 часа, чтобы порошок набух, затем смесь нагреем, чтобы раствор был однородным. Затем, в остывший раствор, аккуратно введем кристаллик KMnO 4. Результат придется подождать длительно время.
Вывод: Диффузия в твердых телах проходит дольше, чем в жидкостях. А в жидкостях быстрее, и в газах.
Глав №3. Диффузия вокруг нас
3.1 Диффузия в жизни человека
Благодаря явлению диффузии человек живет. Ведь, воздух, которым мы дышим, состоит из смеси газов: азота, кислорода , углекислого газа и паров воды. Находится он в тропосфере – в нижнем слое атмосферы. Если бы не было диффузионных процессов, то наша атмосфера просто расслоилась бы под действием силы тяжести, которая действует на все тела, находящиеся на поверхности Земли или вблизи нее, в том числе и на молекулы воздуха. Внизу расположился бы более тяжелый слой углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот и инертные газы. А ведь для нормальной жизнедеятельности нам необходим именно кислород, а не углекислый газ.
Диффузия происходит и в самом организме человека. Пищеварение и дыхание человека основано на диффузии.
Легкие человека Кишечник человека
Попробуйте закрыть рот, нос и перестать дышать. Через несколько секунд почувствуете, что вам обязательно нужно глубоко вдохнуть. Всем клеткам нашего организма ежесекундно необходим кислород, входящий в состав воздуха. Он поддерживает работу органов и обмен веществ в организме. Без кислорода мы не можем получить из пищи энергию, необходимую для полноценной жизнедеятельности. Чем больше человек тратит энергии на какую - то работу, тем больше кислорода требуется для восстановления этой затраты. Вот почему мы гораздо глубже и чаще дышим, когда бежим, прыгаем, выполняем упражнения.
А как дышит человек? У человека в дыхании принимает участие вся поверхность тела – от самого толстого эпидермиса пяток до покрытой волосами кожи головы. Особенно интенсивно дышит кожа на груди, спине и животе. Интересно, но по интенсивности дыхания эти участки кожи значительно превосходят легкие. С одинаковой по размеру дыхательной поверхности здесь может поглощаться кислорода на 28%, а выделяться углекислого газа даже на 54% больше, чем легкие. Однако во всем дыхательном процессе участие кожи ничтожно по сравнению с легкими. Общая площадь поверхности легких, если развернуть 700 миллионов микроскопических пузырьков, через стенки которых происходит газообмен между воздухом и кровью, составляет около 90-100 квадратных метров, а общая площадь поверхности человека около 2 квадратных метров, т.е. в 45-50 раз меньше 4 .
Говоря о пищеварении человека, мы опять столкнемся с понятием диффузии. Всасывание питательных веществ происходит в тонких кишках, стенки которого специально для этого приспособлены. Площадь внутренней поверхности кишечника человека равна 0,65 квадратных метра. Она покрыта ворсинками – микроскопическими образованиями слизистой оболочки высотой 0,2 – 1 мм, за счет чего площадь реальной поверхности кишечника достигает 4-5 квадратных метра, т.е. достигает в 2-3 раза больше площади поверхности всего тела. Процесс всасывания питательных веществ в кишечнике возможен благодаря диффузии.
Как видно из приведенных примеров диффузионные процессы играют очень важную роль в жизни людей.
3.2 Диффузия в живой природе
За последние десятилетия люди в корне изменили свой взгляд на леса Земли. Лес – это не просто будущие дрова, доски, брёвна, а одно из главных звеньев громадной природной цепи. Леса – легкие планеты, помогающие дышать всему живому. Один гектар леса за год очищает 18 млн м 3 воздуха от углекислого га, поглощает 64 т других газов и пыли, поставляя взамен миллионы кубометров кислорода. Процесс очистки воздуха происходит благодаря диффузии. 5
Скунс обнюхивает местность Кот метит свою территорию
Самый распространенный способ общения насекомых – с помощью обонятельных химических средств. Есть привлекающие ароматы (аттрактанты), а есть отталкивающие (репелленты), воспринимаемые обонятельными дырочками (порами) на усиках. К аттрактантам относятся феромоны и гормоны. Благодаря диффузии насекомые находят себе пищу. Бабочки, пархая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его. А растение растет, цветет для них же благодаря диффузии. Ведь мы говорим, что растение дышит и выдыхает воздух, пьет воду, получает и почвы различные микроэлементы, необходимые для полноценного роста. 6
Бабочка на цветке Пчела собирает нектар
Плотоядные животные находят своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы и рыбы пираньи чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Есть данные, что акула может почувствовать запах крови на расстоянии до 5 км.
Акула на охоте Пиранья
Лесные санитары – волки, находят добычу по запаху. Вынюхивая по запаху, как говорят, по следу, собаки находят нарушителя. Благодаря своему чуткому носу, собаки являются верными помощниками криминалистов.
Во всех приведенных примерах мы наблюдаем взаимное проникновение молекул веществ, т.е диффузию, которая, как мы видим, имеет большое значение в природе.
3.3 Влияние человека на протекание диффузии в природе
Рассматривая все многообразие проявлений диффузии вокруг нас, нельзя не отметить негативное влияние человека на протекание диффузионных процессов. Примерами таких опасных воздействий является вырубка лесов, осушение болот, уничтожение озонового слоя, выброс отходов в окружающую среду. В загрязнении воздуха вредными продуктами промышленного производства и выхлопными газами автомобилей огромную роль играет диффузия. Так же она вносит огромный вклад в загрязнение рек и озер, океанов продуктами жизнедеятельности людей.
Одним из примеров губительного влияния человека на процессы диффузии в природе являются крупномасштабные аварии, происходящие в бассейне разных водоемов. Так, по оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает около 10 млн тонн нефти. Нефть на воде образует тонкую пленку, препятствующую газообмену между водой и воздухом. Кроме нефти, значительно вырос выброс в океан бытовых и промышленных сточных вод, содержащих такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, мышьяк. Фоновые концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в несколько раз. 7
Разлив нефти в Хасанском районе Приморья Последствия разлива нефти
Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик, из-за него вредных отходы жизнедеятельности человека проникают в почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь и функционирование животных и растений. Увеличивается площадь земель, загрязненных выбросами промышленных предприятий. Одним из трудно решаемых в настоящее время вопросов является вопрос утилизации промышленных отходов, в том числе токсичных.
Насущной проблемой является загрязнение воздуха выхлопными газами, продуктами переработки вредных веществ, выбрасываемыми в атмосферу различными заводами и предприятиями.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Диффузия играет огромную роль в природе, в быту человека и в технике [2]. Диффузионные процессы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на жизнедеятельность человека и животных. Примером положительного воздействия является поддержание однородного состава атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Диффузия играет важную роль в различных областях науки и техники, в процессах, происходящих в живой и неживой природе. Она оказывает влияние на течение химических реакций.
С участием диффузии или при нарушении и изменении этого процесса могут протекать отрицательные явления в природе и жизни человека, такие как обширное загрязнение окружающей среды продуктами технического прогресса человека.
Актуальность: Диффузия доказывает, что тела состоят из молекул, которые находятся в беспорядочном движении; диффузия имеет большое значение в жизни человека, животных и растений, а также в технике.
Цель:
доказать, что диффузия зависит от температуры;
рассмотреть примеры диффузии в домашних опытах;
убедиться, что диффузия в разных веществах происходит по-разному.
Рассмотреть тепловую диффузию веществ.
Задачи исследования:
Доказать зависимость скорости диффузии от рода вещества, температуры.
Изучить влияние явления диффузии на окружающую среду и человека.
Описать и спроектировать наиболее интересные опыты по диффузии.
Методы исследования:
Анализ литературы и материалов интернета.
Проведение опытов по изучению зависимости диффузии от рода вещества и температуры.
Предмет исследования: явление диффузии, зависимость протекания диффузии от различных факторов, проявление диффузии в природе, технике, быту.
Гипотеза: диффузия имеет большое значение для человека и природы.
1.Теоретическая часть
1.1.Что такое диффузия
Диффузия - это самопроизвольное перемешивание соприкасающихся веществ, происходящее вследствие хаотического (беспорядочного) движения молекул.
Еще одно определение: диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией [7].
Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной).
Диффузия происходит в жидкостях, твердых телах и газах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения. Столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твердого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896г. началось изучение проблемы.
Диффузия молекул протекает очень медленно. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным.
1.2. Роль диффузии в природе
С помощью диффузии происходит распространение различных газообразных веществ в воздухе: например, дым костра распространяется на большие расстояния [1]. Если посмотреть на дымовые трубы предприятий и выхлопные трубы автомобилей, во многих случаях вблизи труб виден дым. А потом он куда–то исчезает. Дым растворяется в воздухе за счет диффузии. Если же дым плотный, то его шлейф тянется довольно далеко.
Результатом диффузии 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 даже при весьма малой его концентрации [2]. Такая мера предосторожности позволяет быстро заметить накопление газа в помещении, если образовалась утечка (рис 1).
Благодаря явлению диффузии нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды [3]. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот, инертные газы (рис 2).
На принципе диффузии основано перемешивание пресной волы с солёной при впадении рек в моря. Диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений.
Диффузия играет большую роль в жизни растений и животных. Муравьи помечают свой путь капельками пахучей жидкости и узнают дорогу домой (рис 4)
Благодаря диффузии, насекомые находят себе пищу. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчёлы, 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, пьёт воду, получает из почвы различные микродобавки [2].
Плотоядные животные находят своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров, также как и рыбы пираньи (рис 5).
Большую роль играют диффузионные процессы в снабжении кислородом природных водоёмов и аквариумов. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за счёт диффузии через их свободную поверхность. Так, например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить доступ кислорода к воде и привести к гибели её обитателей. По этой же причине сосуды с узким горлом непригодны для использования в качестве аквариума (рис 6).
Благодаря диффузии кислород из легких пpoникaeт в кровь человека, а из крови – в ткани.
В научной литературе я изучила процесс односторонней диффузии – осмос, т.е. диффузия веществ через полупроницаемые мембраны. Процесс осмоса отличается от свободной диффузии тем, что на границе двух соприкасающихся жидкостей расположено препятствие в виде перегородки (мембраны), которая проницаема только для растворителя и вовсе не проницаема для молекул растворенного вещества (рис 8).
В почвенных растворах содержатся минеральные соли и органические соединения. Вода из почвы попадает в растение путем осмоса через полупроницаемые мембраны корневых волосков. Концентрация воды в почве оказывается выше, чем внутри корневых волосков, поэтому вода проникает в зерно и дает жизнь растению.
1.3. Роль диффузии в быту и технике
Диффузия используется во многих технологических процессах: засолка, получение сахара (стружка сахарной свёклы промывается водой, молекулы сахара диффундируют из стружки в раствор), варка варенья, окрашивание тканей, стирка вещей, цементация, сварка и пайка металлов, в том числе диффузионная сварка в вакууме (свариваются металлы, которые другими методами соединить невозможно, - сталь с чугуном, серебро с нержавеющей сталью и т.д.) и диффузионная металлизация изделий(поверхностное насыщение стальных изделий алюминием, хромом, кремнием), азотирование - насыщение поверхности стали азотом (сталь становится твёрдой, износоустойчивой), цементация - насыщение стальных изделий углеродом, цианирование -насыщение поверхности стали углеродом и азотом [6].
Распространение запахов в воздухе - наиболее часто встречающийся пример диффузии в газах. Почему же запах распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время? Дело в том, что во время движения в определенном направлении молекулы пахучего вещества сталкиваются с молекулами воздуха. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения.
2. Практическая часть
Как много удивительного и интересного происходит вокруг нас! Многое хочется узнать, попытаться объяснить самостоятельно. Именно для этого я решила провести ряд экспериментов, в ходе которых попыталась выяснить, действительно ли теория диффузии справедлива, находит ли она свое подтверждение на практике. Любую теорию можно считать достоверной лишь в том случае, если она многократно подтверждается экспериментально.
Опыт №1 Наблюдение явления диффузии в жидкостях
Цель: изучить диффузию в жидкости. Пронаблюдать растворение кусочков перманганата калия в воде, при неизменной температуре (при t = 20°С)
Приборы и материалы:стакан с водой, термометр, перманганат калия.
Описание опыта и полученные результаты: Я взяла кусочек перманганата калия и два стакана с чистой водой при температуре 20 °С. Положила в стаканы кусочки перманганата калия и начала наблюдать за происходящим. Через 1 минуту вода в стаканах начинает окрашиваться.
Вода является хорошим растворителем. Под действием молекул воды происходит разрушение связей между молекулами твердых веществ марганцовки.
В первом стакане я не перемешивала раствор, а во втором перемешала. Перемешивая воду (взбалтывая), я убедилась, что процесс диффузии происходит гораздо быстрее (2 минуты)
Цвет воды в первом стакане становится более интенсивным по истечении времени. Молекулы воды проникают между молекулами перманганата калия, нарушая силы притяжения. Одновременно с силами притяжения между молекулами начинают действовать силы отталкивания и, как следствие, происходит разрушение кристаллической решетки твердого вещества. Процесс растворения марганцовки закончился. Время прохождения эксперимента 3 часа 15 минут. Вода полностью окрасилась в малиновый цвет (рис 9-12).
Можно сделать вывод, что явление диффузии в жидкости - это длительный процесс, в результате которого происходит растворение твердых тел.
Я захотела выяснить, от чего еще зависит скорость протекания диффузии.
Опыт №2 Изучение зависимости скорости протекания диффузии от температуры
Цель: изучить, как температура воды влияет на скорость протекания диффузии.
Приборы и материалы: термометры – 1 шт, секундомер – 1 шт, стаканы – 4 шт, чай, перманганат калия.
Описание опыта и полученные результаты: (опыт приготовления чая при начальной температуре 20°С и при температуре 100° С в двух стаканах).
Взяли два стакана с водой при t=20 °С и t=100 °С. На рисунках показано протекание эксперимента через определенное время от начала: в начале эксперимента - рис.1, через 30 с. - рис.2, через 1 мин. - рис.3, через 2 мин. - рис.4, через 5 мин. - рис 5, через 15 мин. - рис.6. Из этого опыта можно сделать вывод о том, что на скорость протекания диффузии влияет температура: чем больше температура, тем выше скорость протекания диффузии (рис 13-17).
Те же результаты я получила, когда вместо чая взяла 2 стакана с водой. В одном из них была вода комнатной температуры, во втором кипяток.
Следовательно скорость диффузии зависит от температуры – чем выше температура, тем интенсивнее происходит диффузия.
Опыт № 3 Наблюдение диффузии с применением химических реактивов [3]
Цель: Наблюдение явления диффузии на расстоянии.
Оборудование: вата, нашатырный спирт, фенолфталеин, пробирка.
Описание опыта: Нальём в пробирку нашатырный спирт. Смочим кусочек ваты фенолфталеином и положим сверху в пробирку. Через некоторое время наблюдаем окрашивание ватки (рис 24-26).
Нашатырный спирт испаряется; молекулы нашатырного спирта проникли к ватке, смоченной фенолфталеином, и та окрасилась, хотя ватка в соприкосновение со спиртом не приводилась. Молекулы спирта перемешались с молекулами воздуха и достигли ватки. Данный опыт демонстрирует явление диффузии на расстоянии.
Опыт №4. Наблюдение явления диффузии в газах
Цель: изучение изменения диффузии газа в воздухе в зависимости от изменения температуры в помещении.
Приборы и материалы: секундомер, духи, термометр
Описание опыта и полученные результаты:я исследовала время распространения запаха духов в кабинете V=120м 3 при температуре t = +20 0 . Засекалось время от начала распространения запаха в комнате, до получения явной чувствительности у людей, стоящих на расстоянии 10 м. от исследуемого объекта (духи). (рис 27-29)
Опыт №5 Растворения кусочков гуаши в воде, при неизменной температуре
Цель: наблюдение диффузии в твердых телах.
Приборы и материалы: три стакана, вода, гуашь трех цветов.
Описание опыта и полученные результаты:
Взяли три стакана, набрали воды t =25 0 С, бросили одинаковые кусочки гуаши в стаканы.
Начали наблюдать за растворением гуаши.
Фотографии сделаны через 1 минуту, 5 минут, 10 минут, 20 минут, растворение закончилось через 4 часа 19 минут (рис 30-34)
Опыт №6 Наблюдение явления диффузии в твердых телах
Цель: наблюдение диффузии в твердых телах.
Описание опыта и полученные результаты:
Наблюдаем, как пятно расплывается по поверхности
Разрезаем по месту соприкосновения с зеленкой, чтобы посмотреть насколько глубоко она проникла внутрь (рис 35-37)
Опыт № 7 Наблюдение диффузии с применением густых гелей [3]
Цель: Наблюдение явления диффузии в твердых телах (с применением густого раствора желатина).
Оборудование: 4%-ный раствор желатина, пробирка, небольшой кристаллик марганцовки, пинцет.
Описание и результат опыта:Раствор желатина поместить в пробирку, в центр пробирки быстро, одним движением ввести пинцетом кристаллик марганцовки.
Кристаллик марганцовки в начале опыта
Расположение кристаллика в пузырьке с раствором желатина через 1,5 часа
В твердых телах диффузия происходит, но значительно медленнее чем, в жидкостях и газах.
Опыт № 8 Разница температур в жидкости - тепловая диффузия
Цель: Наблюдение явления тепловой диффузии.
Оборудование: 4 одинаковых стеклянных сосуда, 2 цвета краски, горячая и холодная вода, 2 пластиковые карточки.
Описание и результат опыта:
1. Добавляем немного красной краски в сосуд 1 и 2, синюю краску в сосуды 3 и 4.
2. Наливаем горячую воду в сосуды 1 и 2.
3. Наливаем холодную воду в сосуды 3 и 4.
4. Сосуд 1 накрываем пластиковой картой, переворачиваем вниз горлышком и ставим на сосуд 4.
5. Сосуд 3 накрываем пластиковой картой, переворачиваем вниз горлышком и ставим на сосуд 2.
6. Удаляем обе карты.
Этот опыт демонстрирует эффект тепловой диффузии. В первом случае горячая вода оказывается поверх холодной и диффузия не происходит до тех пор, пока температуры не сравняются. А во втором случае наоборот, внизу горячая, а вверху холодная. И во втором случае молекулы горячей вода начинают стремиться вверх, а молекулы холодной – вниз (рис 41-44).
Заключение
В ходе данной исследовательской работы можно сделать вывод о том, что диффузия играет огромную роль в жизни человека и животных.
В ходе данной исследовательской работы можно сделать вывод о том, что продолжительность диффузии зависит от температуры: чем выше температура, тем быстрее протекает диффузия.
Я изучила явление диффузии на примере различных веществ.
Скорость протекания зависит от рода вещества: в газах она протекает быстрее, чем в жидкостях; в твердых телах диффузия протекает значительно медленнее.Это утверждение можно объяснить так: молекулы газов свободны, находятся на расстояниях много больше размеров молекул, двигаются с большими скоростями. Молекулы жидкостей расположены также беспорядочно, как и в газах, но значительно плотнее. Каждая молекула, находясь в окружении соседних молекул, медленно перемещается внутри жидкости. Молекулы твердых веществ совершают колебания около положения равновесия.
Существует тепловая диффузия.
Список используемой литературы
Генденштейн, Л.Э. Физика. 7 класс. Часть 1 / Л.Э. Генденштейн, А.Б, Кайдалов. – М: Мнемозина, 2009.-255 с.;
Кириллова, И.Г. Книга для чтения по физике для учащихся 7 классов средней школы / И.Г. Кириллова.- М.,1986.-207 с.;
Ольгин, О. Опыты без взрывов / О. Ольгин.- М.: Химик, 1986.-192 с.;
Перышкин, А.В. Учебник по физике 7 класс / А.В. Перышкин.- М., 2010.-189 с.;
Разумовский, В.Г. Творческие задачи по физике / В.Г. Разумовский.– М.,1966.-159 с.;
Рыженков, А.П. Физика. Человек. Окружающая среда: Приложение к учебнику физики для 7-го класса общеобразовательных учреждений / А.П. Рыженков.– М.,1996.- 120 с.;
Чуянов, В.А. Энциклопедический словарь юного физика / В.А. Чуянов.- М., 1984.- 352 с.;
Шабловский, В. Занимательная физика / В. Шабловский. С.-П., Тригон, 1997.-416 с.
Данный материал применяется как дополнительный при закреплении темы "Диффузия".
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. И это все происходит благодаря диффузии.
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.
Содержимое разработки
Очирова Алтана, учащаяся 7 класса
Руководитель – Чимидова Ритта Борисовна, учитель физики
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.
И это все происходит благодаря диффузии.
Диффузия — явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.
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.
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.
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.
Диффузия присутствует во всех сферах жизнедеятельности человека, без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна.
Читайте также: