Диффузия
Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы .
Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи , однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность , вязкое трение и т. п.
Скорость протекания диффузии зависит от многих факторов. Так, в случае металлического стержня тепловая диффузия проходит очень быстро. Если же стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно. Диффузия молекул в общем случае протекает ещё медленнее. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом , то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет.
Количественно описание процессов диффузии было дано немецким физиологом А. Фиком (англ. ) в 1855 г.
Общее описание
Все виды диффузии подчиняются одинаковым законам. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения образца, а также разности концентраций , температур или зарядов (в случае относительно небольших величин этих параметров). Так, тепло будет в четыре раза быстрее распространяться через стержень диаметром в два сантиметра, чем через стержень диаметром в один сантиметр. Это тепло будет распространяться быстрее, если перепад температур на одном сантиметре будет 10 °C вместо 5 °C. Скорость диффузии пропорциональна также параметру, характеризующему конкретный материал. В случае тепловой диффузии этот параметр называется теплопроводность , в случае потока электрических зарядов - электропроводность . Количество вещества, которое диффундирует в течение определённого времени, и расстояние, проходимое диффундирующим веществом, пропорциональны квадратному корню времени диффузии.
Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. Скорость диффузии в связи с этим пропорциональна средней скорости молекул. В случае газов средняя скорость малых молекул больше, а именно она обратно пропорциональна квадратному корню из массы молекулы и растёт с повышением температуры. Диффузионные процессы в твёрдых телах при высоких температурах часто находят практическое применение. Например, в определённых типах электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) применяется металлический торий , продиффундировавший через металлический вольфрам при 2000 °C.
Если в смеси газов масса одной молекулы в четыре раза больше другой, то такая молекула передвигается в два раза медленнее по сравнению с её движением в чистом газе. Соответственно, скорость диффузии её также ниже. Эта разница в скорости диффузии лёгких и тяжёлых молекул применяется, чтобы разделять субстанции с различными молекулярными весами. В качестве примера можно привести разделение изотопов . Если газ, содержащий два изотопа, пропускать через пористую мембрану, более лёгкие изотопы проникают через мембрану быстрее, чем тяжёлые. Для лучшего разделения процесс производится в несколько этапов. Этот процесс широко применялся для разделения изотопов урана (отделение 235 U от основной массы 238 U). Поскольку такой способ разделения требует больших энергетических затрат, были развиты другие, более экономичные способы разделения. Например, широко развито применение термодиффузии в газовой среде. Газ, содержащий смесь изотопов, помещается в камеру, в которой поддерживается пространственный перепад (градиент) температур. При этом тяжёлые изотопы со временем концентрируются в холодной области.
Уравнения Фика
С точки зрения термодинамики движущим потенциалом любого выравнивающего процесса является рост энтропии . При постоянных давлении и температуре в роли такого потенциала выступает химический потенциал µ , обуславливающий поддержание потоков вещества. Поток частиц вещества пропорционален при этом градиенту потенциала
~В большинстве практических случаев вместо химического потенциала применяется концентрация C . Прямая замена µ на C становится некорректной в случае больших концентраций, так как химический потенциал перестаёт быть связан с концентрацией по логарифмическому закону. Если не рассматривать такие случаи, то вышеприведённую формулу можно заменить на следующую:
которая показывает, что плотность потока вещества J пропорциональна коэффициенту диффузии D [()] и градиенту концентрации. Это уравнение выражает первый закон Фика. Второй закон Фика связывает пространственное и временное изменения концентрации (уравнение диффузии):
Коэффициент диффузии D зависит от температуры. В ряде случаев в широком интервале температур эта зависимость представляет собой уравнение Аррениуса .
Дополнительное поле, наложенное параллельно градиенту химического потенциала, нарушает стационарное состояние. В этом случае диффузионные процессы описываются нелинейным уравнением Фоккера-Планка . Процессы диффузии имеют большое значение в природе:
- Питание, дыхание животных и растений;
- Проникновение кислорода из крови в ткани человека.
Геометрическое описание уравнения Фика
Во втором уравнении Фика в левой части стоит скорость изменения концентрации во времени, а в правой части уравнения - вторая частная производная, которая выражает пространственное распределение концентрации, в частности, выпуклость функции распределения температур, проецируемую на ось х.
См. также
- Поверхностная диффузия - процесс, связанный с перемещением частиц, происходящий на поверхности конденсированного тела в пределах первого поверхностного слоя атомов (молекул) или поверх этого слоя.
Примечания
Литература
- Бокштейн Б. С. Атомы блуждают по кристаллу. - М .: Наука, 1984. - 208 с. - (Библиотечка «Квант» . Вып. 28). - 150 000 экз.
Ссылки
- Диффузия (видеоурок, программа 7 класса)
- Диффузия примесных атомов на поверхности монокристалла
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Диффузия" в других словарях:
- [лат. diffusio распространение, растекание] физ., хим. проникновение молекул одного вещества (газа, жидкости, твердого тела) в другое при их непосредственном соприкосновении или через пористую перегородку. Словарь иностранных слов. Комлев Н.Г.,… … Словарь иностранных слов русского языка
Диффузия - – проникновение в среду частиц одного вещества частиц другого вещества, происхо дящее вследствие теплового движения в направлении уменьшения концентрации другого вещества. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Современная энциклопедия
- (от лат. diffusio распространение растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. В отсутствие… … Большой Энциклопедический словарь
ДИФФУЗИЯ, перемещение вещества в смеси из область с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, вызванное случайным перемещением отдельных атомов или молекул. Диффузия прекращается, когда исчезает градиент концентрации. Скорость… … Научно-технический энциклопедический словарь
диффузия - и, ж. diffusion f., нем. Diffusion <лат. diffusio растекание, распространение. Взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения молекул и атомов. Диффузия газов, жидкостей. БАС 2. || перен. Они… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Диффузия - (от латинского diffusio распространение, растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или установлению их равновесного распределения. Обычно диффузия определяется тепловым движением… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Перемещение частиц в направлении убывания их концентрации, обусловленное тепловым движением. Д. приводит к выравниванию концентраций диффундирующего вещества и равномерному заполнению частицами объема.… … Геологическая энциклопедия
Беседина Дарья
Как много удивительного и интересного происходит вокруг нас. Светят на ночном небе далёкие звёзды, горит в окне свеча, ветер разносит аромат цветущей черёмухи, тебя провожает взглядом стареющая бабушка…. Многое хочется узнать, попытаться объяснить самостоятельно. Ведь многие природные явления связаны с процессами диффузии, о которой мы говорили недавно в школе. Но говорили так мало! В этой работе будет рассмотрено конкретное физическое явление - диффузия. Одно из самых значимых явлений в физике, имеющей так много в себе того, что мы встречаем повседневно и используем во благо себе. Итак, речь пойдёт о диффузии.
Скачать:
Предварительный просмотр:
ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОТДЕЛ ПО РАБОТЕ С АБИТУРИЕНТАМИ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ МОЛОДЕЖИ
СЕКЦИЯ «УНИВЕРСИТЕТСКИЕ ШКОЛЫ»
XXXVIII НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ
Подсекция ФИЗИКА
УДИВИТЕЛЬНОЕ ЯВЛЕНИЕ - ДИФФУЗИЯ!
Выполнила:
Беседина Дарья
7 класс МОАУ «Гимназия №3» г. Оренбурга
Школьный учитель:
Филатова Надежда Николаевна
Научный руководитель:
Филатова Надежда Николаевна
учитель физики высшей квалификационной категории
Оренбург 2016
Введение………………………………………………………………………..…....3
Глава I. Теоретические положения о явлении диффузия ……………………5
1.1 Механизм процесса диффузии…………………………………………….….5
1.2 Диффузия в жидкостях……………………………………………………..….5
1.3 Диффузия в газах ……………………………………………………………....6
1.4 Диффузия в твердых телах…………………………………………………...6
1.5 От чего зависит скорость протекания диффузии……………………….…7
1.6 Вредное проявление диффузии……………………………………………….7
1.7 Осмос…………………………………………………………………………..…8
1.8 Диффузия в жизни человека……………………………………………….…8
1.9 Это интересно!.....................................................................................................9
Глава II. Практические наблюдения за диффузией …………………………11
- Социологический опрос…………………………………………………..12
Заключение………………………………………………………………………...14
Список литературы…………………………………………………………….…15
Приложения
Введение
«Самое могущественное в мире то, что
Не видно, не слышно и не осязаемо»
Лао-Тсе
Строение материи - одна из главных проблем науки, а основой современной физики является атомно-молекулярное учение. Уже
в глубокой древности, за 2500 лет до нашего времени, зародилось представление, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, недоступных непосредственному наблюдению.
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.
Диффузия это удивительное явление, с которым мы сталкиваемся на протяжении всей нашей жизни.
Роль, которую играет диффузия в окружающем нас мире трудно переоценить. Её проявления есть и в природе, и в технике, и в быту. Каждое утро, выпивая кружку чая, мы не догадываемся, что наблюдаем явление диффузии.
Ведь именно благодаря этому явлению мы дышим, ощущаем приятные запахи, едим вкусную пищу,
источающую чудные ароматы
.
К сожалению, диффузионные процессы могут оказывать не только положительное, но и негативное влияние на жизнедеятельность растений, животных и человека.
Я заинтересовалась этим явлением потому, что это один из важных процессов в жизнеобеспечении людей и живой природы Земли.
Проблема исследования : Чем удивительно явление диффузии?
Актуальность данного исследования заключается в том, что диффузия одно из самых значимых явлений в физике, имеющее так много в себе того, что мы встречаем повседневно и используем в своё благо. Диффузия играет существенно - важную роль в природе и жизни человека. Изучение влияния диффузии на жизнедеятельность растений, животных и человека расширит спектр наших знаний о живой природе, демонстрирует тесную связь физики, биологии, экологии и медицины. Исследование диффузии помогает лучше понять явления, с которыми мы сталкиваемся каждый день.
Объект исследования - явление диффузии.
Предмет исследования - явление диффузии, зависимость протекания диффузии от различных факторов, проявление диффузии в природе, технике, быту. Влияние явления диффузии на процессы, протекающие в природе, и связанные с жизнедеятельностью человека.
Гипотеза исследования : молекулы движутся.
Цели:
- Расширить знания о диффузии
- Выяснить: от чего зависит диффузия
- Рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать общую значимость этого явления.
- Подтвердить теоретические факты экспериментами
- Рассмотреть примеры диффузии в домашних опытах
- Обобщить приобретенные знания и сделать выводы.
Задачи:
- Изучить материал в литературе, Интернет-сети о роли диффузии в природе и жизнедеятельности человека.
- Проанализировать полученную информацию о явлении диффузии, а также определить степень значимости этого явления для растений, животных, человека.
- Выяснить, где в живой и неживой природе встречаются явления диффузии, какое значение имеют, где применяются человеком.
- Провести, описать и спроектировать некоторые опыты, характеризующие закономерности протекания диффузии.
Основные методы работы :
- Поисковый;
- Метод обобщенного анализа (сравнение имеющихся знаний с полученными данными);
- Экспериментально – практический.
Методы исследования :
- Изучение, анализ и синтез литературных и других информационных источников;
- Наблюдение;
- Анализ информации и результатов;
- Сравнение;
- Проведение экспериментов;
- Социологический опрос.
Глава I. Теоретические положения о явлении диффузия.
1.1 Механизм процесса диффузии
Диффузия (лат. diffusio - распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) - процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, вследствие хаотического движения и столкновения друг с другом, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму.
Явление диффузии можно объяснить лишь в том случае, если считать, что:
Все вещества состоят из частиц (молекул, атомов, ионов);
Между частицами имеются промежутки;
Частицы вещества находятся в постоянном, хаотическом движении.
Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред. Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящиеся около границы, обмениваются местами. Граница между веществами расплывается.
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.
Это явление имеет место в газах, жидкостях и твёрдых телах.
1.2 Диффузия в жидкостях
Если бросить несколько кристалликов перманганата калия в воду, мы будем наблюдать, что в течение нескольких часов будет происходить окрашивание воды в розовый цвет.
Вывод: следовательно, скорость диффузии в жидкости намного меньше чем в газах.
Пояснение: частицы в жидкости «упакованы» так, что расстояние между соседними частицами меньше их размеров. Сами частицы могут перемещаться по всему занимаемому жидкостью объему сосуда. Перемешивание жидкостей происходит медленно (приложение 1).
1.3 Диффузия в газах
Почему возможно распространение запахов в пространстве? (Например, запаха духов)
Распространение запахов возможно благодаря движению молекул веществ. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы духов много раз меняют направление своего движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всей комнате.
Причина диффузии - беспорядочное движение молекул.
Пояснение: частицы газа далеко удалены друг от друга. Между ними существуют большие промежутки. Сквозь эти промежутки легко перемещаются частицы другого вещества. Поэтому диффузия в газах протекает быстро.
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 небе мы тоже наблюдаем это явление. Рассеивающиеся облака – тоже пример диффузии и как точно об этом сказано у Ф.Тютчева: «В небе тают облака…»
1.4 Диффузия в твердых телах.
Твердые тела могут иметь различное строение и состоять из молекул, атомов или ионов . В любом случае, вне зависимости от того, из каких микрочастиц состоит тело, взаимодействие этих частиц друг с другом очень сильно. Не смотря на то, что они, эти частицы, все же движутся, но эти движения очень незначительны.
Промежутки между частицами маленькие, поэтому другим веществам трудно проникнуть между ними. Процесс диффузии в твердых телах проходит очень медленно и незаметно для невооруженного глаза (приложение 2)
1.5 От чего зависит скорость протекания диффузии
Скорость диффузии зависит от температуры. При повышении температуры процесс взаимного проникновения веществ ускоряется. Это связано с тем, что при нагревании возрастает общая скорость движения молекул
.
В теле с более высокой температурой молекулы движутся быстрее, а значит и быстрее протекает диффузия. Скорость диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии находятся соприкасающиеся тела – в твердом, жидком или газообразном.
1.6 Вредное проявление диффузии.
Диффузия помимо пользы дает человеку и огромный вред. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. 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.
Курильщики ежегодно "выкуривают”, т.е. выбрасывают в атмосферу 720 тонн синильной кислоты, 384000 тонн аммиака, 108000 тонн никотина, 600000 тонн дегтя и более 550000 тонн угарного газа. Общая масса окурков на Земле за год составляет 2520000 тонн. Табачный дым, окутывая Землю, задерживает ультрафиолетовые лучи. В среднем 25% всех видов веществ, содержащихся в табаке, сгорает и разрушается в процессе курения; 50% уходит в окружающую среду; 20% попадает в организм курильщика и только 5% остается в фильтре сигареты (приложение 3).
Температура табачного дыма на 35-40 градусов выше температуры воздуха, поступающего в рот при курении, что вызывает во рту довольно резкий перепад температур. Во время курения одной сигареты происходит 15-20 таких перепадов, что плохо отражается на состоянии зубной эмали: она трескается. Вот поэтому зубы курильщиков разрушаются раньше, чем зубы некурящих. В газовой фракции табачного дыма находится газообразный дёготь, который при охлаждении переходит в жидкое состояние, т.е. конденсируется. При этом он оседает на пальцах рук, зубах, стенках воздухоносных путей, лёгких, попадает в желудок. При выкуривании одной пачки сигарет курильщик производит около 1 грамма жидкого дёгтя.
1.7 Осмос
Когда мы хотим утолить жажду, то пьем воду. Но, каким же образом выпитая вода попадает в клетки нашего тела? А происходит это благодаря осмосу.
Если два раствора с разными концентрациями привести в соприкосновение, то эти растворы в результате диффузии перемешаются. А если два таких раствора разделены непроницаемой перегородкой, то вообще ничего не получится.
Но вот если два таких раствора разделены перегородкой, пропускающей молекулы растворителя, но задерживающей молекулы растворенного вещества, то молекулы растворителя будут переходить в более концентрированный раствор, все более разбавляя его. Возникает осмос - направленное перемещение молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, разделяющую два раствора различной концентрации. Диффузия растворителя продолжается до установления равновесия в системе в результате выравнивания концентраций по обе стороны перегородки или в результате возникновения осмотического давления.
Осмос от греческого – толчок, давление. Впервые осмос наблюдал французский химик Нолле в 1748 г.
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 утолять жажду.
Я попробовала сделать любопытный опыт. Взяла лимон и отрезала несколько тонких долек. Сока при этом практически не получилось. Я посыпала лимонные дольки сахаром - и спустя некоторое время из них потек сок. Тут начал действовать осмос: сок потек из лимона наружу, как бы стремясь возможно сильнее разбавить образовавшийся на его поверхности концентрированный раствор сахара.
А если нашинкованную капусту перетереть с солью, то её объём резко уменьшится, а сама капуста станет влажной. Это тоже осмос, только в данном случае снаружи клетки находится соль.
Практическое применение осмос находит в процессе очистки воды.
1.8 Диффузия в жизни человека
Изучая явление диффузии, я пришла к выводу, что именно благодаря этому явлению человек живет. Ведь, как известно, 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 боле 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. Дыхание и пищеварение человека основано на диффузии. Если говорить о дыхании, то в каждый момент времени в кровеносных сосудах, оплетающих альвеолы (ячейки в виде пузырьков, расположенные в легких), находится примерно 70 мл крови, из которой в альвеолы диффундирует углекислый газ, а в обратном направлении - кислород. Как видно из приведенных примеров диффузионные процессы играют очень важную роль в жизни людей.
1.9 Это интересно!
У североамериканского серого волка обоняние в 1000 раз острее, чем у человека. Он чует лосиху с детёнышем на расстоянии более чем 2,5 км. В носу волка примерно в 50 раз больше обонятельных рецепторов, чем у человека. Слизистая оболочка собрана в складки, так что в малом пространстве сосредоточена большая поверхность. Если расправить слизистую,она окажется площадью с большую открытку. Нос устроен так,чтобы наполненный запахами вдыхаемый воздух соприкасался с большой поверхностью слизистой. У здорового животного нос внутри влажный, что позволяет лучше улавливать пахучие частицы вещества. Когда волк проходит с подветренной стороны от невидимой жертвы, он чует доносимый воздухом запах и начинает двигаться к его источнику. Приблизившись, хищник полагается на своё зрение, быстроту действий и, естественно, силу. Новозеландский киви величиной с курицу - очень занятная птица. Он не умеет летать,а его перья больше похожи на шерсть. Пищу находит по запаху, как насекомоядные млекопитающие, и может учуять червяка под землёй на глубине 3 см.По ночам киви роется в лесной подстилке и почве своим длинным тонким клювом.
Ноздри на конце клюва ведут к обонятельным рецепторам в его основании, а нервы от рецепторов - к обонятельным долям головного мозга, которые у киви крупнее, чем у всех других птиц. Такая система позволяет ему на расстоянии чуять червей, слизней и личинок жуков. Схватив добычу кончиком клюва, птица несколько раз дёргает головой, чтобы отправить её в глотку.
Благодаря диффузии газов происходит необходимый для жизни газообмен-процесс дыхания, приводящий к выделению химической энергии вследствие окисления органических веществ. У небольших растений диффузия идёт через всё поверхность, у крупных цветковых растений - через устьица на листьях и зелёных стеблях (у травянистых форм), а также через чечевички и трещины в коре одревесневших стеблей. Внутри растений кислород распространяется диффузным переносом в воздухоносных межклетниках, достигая клеток и растворяясь во влаге, покрывающей клеточный стенки. Отсюда он диффундирует уже внутрь клеток. Углекислый газ движется по растению тем же путём, но в обратном направлении. В клетках, содержащих хлорофилл, одновременно протекает и дыхание, и фотосинтез: выделяемый хлоропластами кислород может сразу же потребляться митохондриями той же клетки, а продукт дыхательного метаболизма митохондрий – углекислый газ – может использоваться для фотосинтеза хлоропластами. Самый распространённый способ общения насекомых – с помощью обонятельных химических средств. Есть привлекающие ароматы (аттрактанты), а есть отталкивающие (репелленты), воспринимаемы обонятельными дырочками (порами) на усиках. К аттрактантам относятся феромоны и гормоны. «Матка здесь», - сообщает один феромонов в пчелином гнезде. «Из этого запасного самца вырастить производителя, а из этого – солдата», - звучит приказ через феромон в гнезде термитов. А репелленты? «Нас много, корма на всех не хватит, подождите расти», следует пахучий сигнал от первого комариного выплода. И личинки комаров следующего выплода смиренно ждут приказа на превращение в комаров.
Невозможно представить свою жизнь и быт без ароматических запахов. Чтобы получить всего 1 кг розового масла, необходимо переработать более полутора тонн лепестков розы. Ладан, ароматическую смолу для церковных нужд, получают из сока ладанного дерева и босвеллии священной, растущих в Восточной Африке. Мирра, смола для ароматических курений, получается из смолы деревьев рода коммифора, растущих в Эфиопии и Южной Аравии.
В 1638 г. посол Василий Старков привёз в подарок царю Михаилу Фёдоровичу от монгольского Алтын- хана 4 пуда сушёных листьев. Это растение очень понравилось москвичам, и они его с удовольствием до сих пор употребляют. А как оно называется и на каком явлении основано его употребление? (Ответ. Это чай. Явление - диффузия.)
За последние десятилетия люди в корне изменили свой взгляд на леса Земли. И поняли, что лес- это не просто будущие дрова, доски, брёвна, а одно из главных звеньев природной цепи. Леса- лёгкие планеты, помогающие дышать всему живому. Один гектар леса за год очищает 18 млн м воздуха от углекислого газа, поглощает 64 т других газов и пыли, поставляя взамен миллионы кубометров кислорода.
Глава II. Практические наблюдения за диффузией.
Опыт №1: Моделирование проникновения молекул одного вещества между молекулами другого (Смешивание известных объёмов круп с зёрнами разного размера является хорошей моделью проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, обычно это демонстрируется при смешивании воды и этилового спирта).
Я взяла два стеклянных стакана вместимостью 200 мл и один стакан вместимостью 500 мл. Отмерила стакан риса и стакан пшена. Затем, ссыпала всё в большой стакан и перемешала. С помощью цветной кольцевой резинки зафиксировала суммарный уровень круп.Далее в те же стаканы доверху налила воды и перелила её в такой же стакан, как тот, в котором смешивала крупы. Сравнила уровень воды с суммарным уровнем круп.
Результат: суммарный объём круп (суммарный объём воды) больше объёма, занимаемого перемешанными крупами: одна мера плюс одна мера меньше двух мер. Предложенная модель является только грубым приближением, показывающим, что между молекулами жидкости есть промежутки даже при несжимаемости жидкости. Строго говоря, надо учитывать взаимодействие молекул, а не только их взаимодействие с Землёй.
Опыт №2: Моделирование проникновения молекул одного вещества между молекулами другого (Смешивание известных объёмов воды и песка также является хорошей моделью проникновения молекул одного вещества между молекулами другого(обычно это демонстрируется при смешивании воды и этилового спирта) .
Я взяла два сосуда: один полностью наполнила водой, а другой таким же объёмом песка. Затем я воду вылила в сосуд с песком. Сравнила полученный объем песка с двойным объемом воды.
Результат: Объём смеси воды и песка в пробирке меньше суммы объёмов воды и песка
Вывод: Опыты 1 и 2 доказывают, что между частицами вещества существуют промежутки; во время диффузии они заполняются частицами вещества.
Опыт № 3 : Опыт с марганцовкой.
Я бросила в стакан немного марганцовки сверху осторожно добавила чистой воды. Вначале между водой и марганцовкой будет видна резкая граница, которая через несколько часов будет не такой резкой. Граница, отделяющая одну жидкость от другой, исчезнет. В сосуде образуется однородная жидкость фиолетового цвета.
Результат: Молекулы марганцовки оказались в нижнем слое воды, а молекулы воды переместились в верхний слой марганцовки.
Вывод: Опыт 3 доказывает, что все тела состоят из молекул, которые находятся в непрерывном движении.
Опыт №4: Диффузия в газах.
На дно стеклянного сосуда я налила немного нашатырного спирта, а ваткой, смоченной фенолфталеином, накрыла его. Затем рассчитала скорость распространения молекул аммиака:v=s/t=0,175м /5,2 с=0,033м/с
Где s – расстояние от уровня нашатырного спирта до диска, смоченного фенолфталеином,
t- время от начала опыта до окрашивания диска
Результат: Ватку с фенолфталеином окрашивают молекулы нашатырного спирта. Известно, что масса молекулы нашатырного спирта 17 а.е.м., масса молекулы воздуха 29 а.е.м., следовательно, перемешивание молекул происходит не под действием силы тяжести, а вследствие теплового движения.
Опыт №5: Диффузия в твердых телах
На кусочки льда я насыпала порошок марганцовки, поместила все в пакет и оставила в морозильной камере.
Результат: Через 12 дней видно, что произошло частичное окрашивание кусочков льда.
Вывод: Опыты 4-5 показывают, что скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества. В газах диффузия протекает с наибольшей скоростью, а в твердых телах с наименьшей.
Опыт 6: Диффузия в холодной и горячей воде
Я взяла два сосуда один с горячей, а другой с холодной водой. Затем я добавила в оба сосуда синюю краску.
Результат: За одинаковое время в горячей воде равномерное окрашивание происходило быстрее, чем в холодной.
Вывод: Опыт 6 показывает, что диффузия происходит быстрее в том сосуде, где температура воды выше.
1.1 Социологический опрос.
Цель опроса: привлечь внимание людей к экологической проблеме, а также узнать, как они информированы об этой проблеме и что делают на бытовом уровне.
1. Помните ли вы что такое диффузия?
4. Важно ли для вас лично информация об экологии?
Варианты ответов: да; нет, затрудняюсь ответить
Анализ полученных результатов
Опрос проводился анонимно. В анкетировании принимали участие 40 человек – учащиеся 9 и 11 классов и 15 взрослых людей.
Результаты социологического опроса показали, что взрослые к проблемам экологии относятся более серьезно.
Результаты опроса:
Да, % | Нет, % | Да, % | Нет, % |
|
1. Помните ли вы, что такое диффузия? | 100% | |||
2. Знаете ли вы, какую роль играет диффузия в жизни животных и растений? | ||||
3. Влияет ли диффузия на экологию? | 100% | |||
4. Важна ли для вас лично информация об экологии? | ||||
5. Готовы ли вы участвовать в улучшении экологии за собственную плату? | 37,5% |
|||
6. Хотите ли вы изменить экологию в лучшую сторону? | 100% | |||
7. Хотите ли вы получить дополнительные знания об экологии? |
Вывод: в результате социологического опроса я пришла к выводу, что взрослые относятся более серьёзно к вопросам об экологии. Значит, родителям следует с малых лет обучать ребенка охранять окружающую среду, ведь вопросы экологии в настоящее время решаются на мировом уровне. Берегите природу!
Заключение
В ходе работы я провела опыты по наблюдению диффузии, установила, что диффузия протекает во всех средах; скорость протекания диффузии зависит от рода вещества, от температуры. Явление диффузии является одним из главных общих условий жизнедеятельности растений, животных и человека. Каким вообще был бы мир без диффузии? Прекратись тепловое движение частиц – и вокруг всё станет мёртвым! Без этого явления жизнь на Земле будет невозможна. Но, к сожалению, люди в результате своей деятельности часто оказывают негативное влияние на естественные процессы в природе. Природа широко использует возможности, заложенные в процессе диффузионного проникновения, играет важнейшую роль в поглощении питания и насыщении кислородом крови. В пламени Солнца, в жизни и смерти далёких звезд, в воздухе, которым мы дышим, всюду мы видим проявление всемогущей и универсальной диффузии. И становится страшно от того, что наступит момент сожаления о точке не возврата к той красоте, которая пока ещё нас окружает.
Человеку нет необходимости что–то специально делать для улучшения протекания явления диффузии в живой природе. Просто надо исключить свое отрицательное воздействие на живую природу своей деятельностью, чаще привлекать внимание общественности к проблемам окружающей среды и тогда каждый сможет жить в полной гармонии с природой, с самим собой.
Благодаря подготовке к данной работе, я закрепила и приобрела новые знания о движении молекул, используя научную литературу, я попыталась повторить наиболее интересные для меня опыты по диффузии. Я считаю, что результаты, выводы, описание опытов, предложенные мною в данной работе, имеют актуальность при изучении темы «Строение вещества», могут использоваться как дополнительный материал по теме «Диффузия».
Литература
- Алексеев С.В., Груздева М.В., Муравьёв А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии. М. АО МДС, 1996 г.
- Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. М. Просвещение,1996
- Шабловский В. Занимательная физика. С-Петербург, «тригон» 1997, с.416
4. Я.И.Перельман «Занимательная физика»
5. И.Г.Кириллова «Книга для чтения по физике 7-8кл»
6. А.П.Рыженков «Физика. Человек. Окружающая среда»
7. М.М.Балашов «Физика
8. Энциклопедия для детей АВАНТА. Физика
9. Большая книга экспериментов для школьников «Росмэн»
10. И.М.Низамов «Задачи по физике с техническим содержанием»
11. В.И.Лукашик, Е.В.Иванова «Сборник задач по физике»
Несколько слов о пищеварении человека Наибольшее всасывание питательных веществ происходит в тонких кишках, стенки которых 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.
Дыхание - перенос кислорода из окружающей среды внутрь организма сквозь его покровы - происходит тем быстрее, чем больше площадь поверхности тела и окружающей среды, и тем медленнее, чем толще и плотнее покровы тела. Отсюда понятно, что малые организмы, у которых площади поверхности велики по сравнению с объемом тела, могут обходиться вовсе без специальных органов дыхания, удовлетворяясь притоком кислорода исключительно через наружную оболочку (если она достаточно тонка и увлажнена). У более крупных организмов дыхание через кожу может оказаться более или менее достаточным только при условии, что покровы чрезвычайно тонки (земноводные); при грубых покровах необходимы специальные органы дыхания. Основные физические требования к этим органам - максимум поверхности и минимум толщины, высокая увлажненность покровов. Первое достигается многочисленными разветвлениями или складками (легочные альвеолы, бахромчатая форма жабр).
А как же 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. Р1нтересно, что 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 в легких. Однако во всем дыхательном процессе участие кожи ничтожно по сравнению с легкими, так как общая площадь поверхности легких, если развернуть все 700 млн. альвеол, микроскопических пузырьков, через стенки которых происходит газообмен между воздухом и кровью, составляет около 90-100 квадратных метров а общая площадь поверхности кожи человека около 2 квадратных метров, т.е, в 45-50 раз меньше.
Роль диффузии в питании растений.
Основную роль в диффузионных процессах в живых организмах играют мембраны клеток, обладающие избирательной проницаемостью. Прохождение веществ через мембрану зависит от:
- * размеров молекул;
- * электрического заряда;
- * от присутствия и числа молекул воды;
- * от растворимости этих частиц в жирах;
- * от структуры мембраны.
Существует две формы диффузии: а) диализ - это диффузия молекул растворенного вещества; б) осмос - это диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану. 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 происходит диффузия из зоны с большей концентрацией в зону с меньшей концентрацией. Затем концентрация воды в этих клетках становится выше чем в вышележащих - возникает корневое давление, обуславливающее восходящий ток сока по корням и стеблю, а потеря воды листьями обеспечивает дальнейшее поглощение воды.
Минеральные вещества в растение поступают: а) путем диффузии; б) иногда путем активного переноса против градиента концентрации, сопровождающееся расходом энергии. Различают также тургорное давление - это давление, оказываемое содержимым клетки на клеточную стенку. Оно почти всегда ниже осмотического давления клетки сока, т.к. снаружи находится не чистая вода, а солевой раствор. Значение тургорного давления:
- - сохранение формы растительного организма;
- - обеспечение роста в молодых клетках растений;
- - сохранение упругости растений (демонстрация растений кактуса и алоэ);
- - формообразование при отсутствии арматурной ткани (демонстрация помидора);
Говоря о значении осмоса для живых организмов, мы не можем не остановиться на плазмолизе.
Плазмолиз.
Если концентрация солей в жидкости, омывающей клетку, выше, чем в клеточном соке, как, например, при погружении листа салата в концентрированный солевой раствор, то вода клеточного сока диффундирует из клетки, перемещаясь из зоны с большей концентрацией воды в зону с меньшей ее концентрацией, Наконец, содержимое клетки теряет способность оказывать давление на клеточную стенку, иными словами, тургорное давление снижается до нуля и салат увядает (демонстрация). Когда в результате потери воды объём клеточного сока уменьшается, цитоплазма клетки не оказывается больше прижатой к целлюлозной клеточной стенке. Вместо этого цитоплазма отстает от клеточной стенки, претерпевая процесс плазмолиза. Растительные клетки, слишком долго находящиеся в солевом растворе высокой концентрации, погибают. Если же после кратковременного содержания в таком растворе клетки перенести в чистую воду, то они могут восстановить свою тургенцентность.
Тургорное давление делает растительную клетку твердой, способной восстанавливаться после деформации под действием какой-либо внешней силы.
Плазмолиз является обратимым процессом. Обратный ему процесс называется деплазмолизом, это свойство плазматической мембраны.
Таким образом, диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений. Благодаря диффузии кислород из легких пpoникaeт в кровь человека, а из крови - в ткани.
Кроме широкого проявления диффузии в жизни живых организмов применяется в повседневной жизни и промышленности.
Если два вещества разделены полупроницаемой перегородкой (мембраной), диффузия протекает в одном направлении. Это явление называется осмосом.
Осмос от греческого - толчок, давление. При осмосе происходит выравнивание концентраций раствора по обе стороны мембраны, пропускающей малые молекулы растворителя, но не пропускавшей более крупные молекулы растворенного вещества. Осмос протекает от чистого растворителя к раствору или от разбавленного раствора к концентрированному. Впервые осмос наблюдал французский химик Нолле в 1748 г.
Перенос молекул растворителя обусловлен осмотическим давлением или диффузионным. Это термодинамический параметр, характеризующий стремление раствора к понижению концентрации при соприкосновении с чистым растворителем.
Осмотическое давление обусловлено понижением химического потенциала растворителя в присутствии растворенного вещества. Осмотическое давление в предельно разбавленных растворах не зависит от природы растворителя и растворенных веществ; при постоянной температуре оно определяется только числом частиц. Первые измерения осмотического давления произвел немецкий ботаник Пфеффер в 1877 г., исследуя водные растворы сахара.
Растворы с одинаковым осмотическим давлением называют изоосмотическими. Так, различные кровезаменители и физиологические растворы изоосмотичны относительно внутренних жидкостей организма. Если один раствор в сравнении с другим имеет более высокое осмотическое давление, его называют гипертоническим, а имеющий более низкое осмотическое давление - гипотоническим,
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.
Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.
- Участник: Багирова Эльмира Искендеркызы
- Руководитель: Жукова Наталья Вячеславовна
Цель: расширить знания о диффузии, объяснить физическую природу явления диффузии, подтвердить теоретические факты опытными результатами, обобщить приобретённые знания и сделать выводы
Диффузия – это взаимное проникновение одного вещества между молекулами другого.
Большую роль в жизни живой природы играют диффузионные процессы, определяющие нормальный обмен веществ между организмом и средой, а также между различными частями самого организма. Питание и дыхание – типичные диффузионные процессы. В процессе дыхания происходит диффузия кислорода О 2 и углекислого газа СО 2 через стенку легочного пузырька. Для понимания этих процессов необходимо учитывать условия, обеспечивающие или затрудняющие диффузию. Так, дыхание – диффузия кислорода из окружающей среды внутрь организма сквозь его покровы – происходит тем быстрее, чем больше поверхность соприкосновения тела и окружающей среды, и тем медленнее, чем толще и плотнее покровы тела. Отсюда понятно, что малые организмы, у которых размеры поверхности велики сравнительно с объемом тела, могут обходиться вовсе без специальных органов дыхания, удовлетворяясь притоком кислорода исключительно через наружную оболочку (если она достаточно тонка и увлажнена). У организмов более крупных дыхание через кожу может оказаться более или менее достаточным только при условии, если покровы чрезвычайно тонки (земноводные); при грубых покровах необходимы специальные органы дыхания. Основные физические требования к этим органам – максимум поверхности и минимум толщины и увлажненность покрова.
Бесспорно, анализируя этот аспект жизнедеятельности всех живых существ, диффузия играет огромную роль.
Проведем ряд опытов, доказывающих практическую значимость диффузии.
«Диффузия в жидкостях»
(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 10, «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах», рис. 24, задание после параграфа № 2.)
Предметы и материалы
- Пробирка с водой
Проводим эксперимент
Капнем в воду немного йода и проследим за ее поведением.
Гипотеза
Действительно ли капля йода постепенно раствориться в воде, окрасив ее в соответствующий цвет.
Объясняем
Вода, как и йод, состоит из огромного количества мельчайших невидимых частиц размером в стомиллионную долю сантиметра, называемых молекулами. Все они непрерывно движутся, постоянно сталкиваясь между собой, как, например, школьники на перемене. Собранные вначале вместе молекулы йода из-за ударов молекул воды разлетаются в разные стороны, так что расстояние между ними увеличивается и пятно йода расплывается. Распространение одной жидкости в другой по указанной причине называется диффузией.
«Сцепление свинцовых цилиндров»
(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 11, «Взаимное притяжение и отталкивание молекул», рис. 26.)
Предметы и материалы
- Два свинцовых цилиндра
- Устройство для фиксации цилиндров
Проводим эксперимент
Перед началом опыта необходимо тщательно зачистить стугом свинцовые поверхности цилиндров. Устанавливаем цилиндры в устройство для фиксации, прижав их друг к другу зачищенными поверхностями прижимным винтом. Закручиваем прижимной винт. Подождав некоторое количество времени можно слабить прижимной винт, достать сцепленные цилиндры.
Гипотеза
Действительно ли два свинцовых цилиндра будут соединены между собой.
Объясняем
Зачищение свинцовых цилиндров необходимо для того, чтобы максимально выровнить поверхности и очистить от окисления. Тем самым мы добиваемся наиболее плотного прилегания одной поверхности к другой. На данном этапе очень хорошо заметно проявление сил притяжения между молекулами, когда они находятся очень близко друг к другу. Но чем дольше цилиндры будут сцеплены и находясь под некоторым грузом, все отчетливее будет взаимное проникновение молекул одного цилиндра между молекулами другого – диффузия.
«Зависимость диффузии от температуры»
(учебник «Физика. 7 класс» А.В. Перышкин, Дрофа, 2012. Параграф 10, «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах», задание после параграфа № 1.)
Предметы и материалы
- Стакан с холодной водой
- Стакан с горячей водой
- Кристаллики сахара
Проводим эксперимент
Нальем в один стакан воду комнатной температуры, а в другой горячую воду. Опустим в каждый из стаканов по одной чайной ложке сахара.
Гипотеза
Действительно ли в стакане с горячей водой сахар раствориться быстрее.
Объясняем
Нам известно, что при любой температуре в веществе есть молекулы, двигающиеся довольно медленно, и молекулы, скорость которых высока. Если количество молекул вещества, имеющих высокую скорость, увеличивается, т. е. увеличивается средняя скорость молекул, то это значит, что температура вещества также увеличивается. Чем быстрее будут двигаться молекулы воды, тем чаще они будут соударяться с молекулами сахара, и тем быстрее будет происходить процесс взаимного перемешивания одного вещества с другим. С увеличением температуры процесс взаимного проникновения молекул воды между молекулами сахара – диффузия – происходит гораздо быстрее.
На практике
- приготовление пищи
- термообработке металлов (сварке, пайке, резке, нанесении покрытий и т.п. Нанесении тонкого слоя металлов на поверхность металлических изделий для повышения химической стойкости, прочности, твёрдости деталей и приборов, или в защитно-декоративных целях (оцинкование, хромирование, никелирование). Для придания железным и стальным деталям твердости их поверхности подвергают диффузному насыщению углеродом (цементация). Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома, не имеет не 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 малой концентрации. (Меры безопасности). На сахарных заводах при извлечении сахара из свеклы. Для сварки материалов. Для дубления кожи и меха. Для крашения волокон ткани.) Для придания железным и стальным деталям твердости их поверхности подвергают диффузному насыщению углеродом (цементация). Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома, не имеет не 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 малой концентрации. (Меры безопасности). На сахарных заводах при извлечении сахара из свеклы. Для сварки материалов. Для дубления кожи и меха. Для крашения волокон ткани.
- применение лекарственных средств (Боле 30 лет назад немецкий врач Вильям Кольф применил аппарат «искусственная почка». С тех пор он применяется: для неотложной хронической помощи при острой интоксикации; для подготовки больных с хронической почечной недостаточностью к трансплантации почек; для длительного (10-15 лет) жизнеобеспечения больных с хроническим заболеванием почек. Применение аппарата «искусственная почка» становится в большей мере терапевтической процедурой, аппарат применяется как в клинике, так и в домашних условиях. С помощью аппарата проводилась подготовка реципиента к первой в мире успешной трансплантации почки, проведенной в 1965 г. академиком Б.В. Петровским.
Аппарат представляет собой систему из плоских каналов, разделенных тонкими целлофановыми мембранами, по которым встречными потоками медленно движутся кровь и диализат – солевой раствор, обогащенный газовой смесью CO 2 + О 2 Аппарат подключается к кровеносной системе больного с помощью катетеров, введенных в полую (вход крови в диализат) и локтевую (выход) вены. Диализ продолжается 4-6 ч. Этим достигается очистка крови от азотистых шлаков при недостаточной функции почек, т.е. осуществляется регулирование химического состава крови.) - в садоводстве, при окулировке и прививке растений на срезах за счёт диффузии образуется каллюс (от лат. Сallus – мозоль) – раневая ткань в виде наплыва в местах повреждений и способствует их заживлению, обеспечивает срастание привоя с подвоем.
- консервирование и маринование (соление овощей, варка варения, приготовление компотов и многие другие технологические процессы.)
- использование косметических средств.
В природе
- Всасывание - процесс поступления различных веществ из окружающей среды через клеточные мембраны в клетки, и через них - во внутреннюю среду организма.
- Диффузия в дыхании. (Примером диффузии в природе может служить принципиально важный для жизни процесс – дыхание. Именно благодаря диффузии кислород из легких попадает в кровь, а из крови – в органы и ткани организма. Благодаря диффузии выдыхаемый нами углекислый газ не скапливается вокруг нас, а рассеивается в пространстве и смешивается с кислородом, поэтому мы можем длительное время спокойно дышать в закрытой комнате без ветра. Однако, время от времени все равно необходимо проветривать комнату и впускать свежий воздух, насыщенный кислородом, который опять же благодаря диффузии, быстро распространяется по всему объему комнаты.)
- Поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли (на практике часто встречаешься с явлениями, которым по началу не предаёшь особое внимание, но потом по мере обучения в школе понимаешь и начинаешь объяснять происходящие такие обыденные в жизни явления, но играющие огромную роль в природе и жизни человека, как части природы. Так благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферы вблизи поверхности Земли, диффузия растворов солей в почве способствует нормальному питанию растений, диффузия происходящая в организме человека позволяет насыщать клетки нашего тела кислородом и питательными веществами.)
Около 27 тонн космической пыли падает на Землю каждый день. За год более 10 000 тонн пыли приземляется на Землю.
Из истории Лукреций Кар пишет: «Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает В наши жилища и мрак прорезает своими лучами, Множество тел в пустоте, ты увидишь, мелькая, Мечутся взад и вперед в лучистом сиянии света. Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах, В схватке бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя…» В древнем мире конечно не могли наблюдать молекулы, но могли наблюдать диффузию! Лукреций Кар ее красиво описал в стихах.
Если очень гладко отшлифованные пластинки свинца и золота положить одна на другую и поставить на них некоторый груз, то через 4-5 лет они проникнут взаимно друг друга на 1 мм.
В сказках диффузия помогает героям. Отрывок из ассирийской сказки «Царь Зимаз»: «Был у царя умный советник Аяз, которого он очень уважал. Как обычно бывает в таких случаях, у Аяза были враги, которые его оклеветали перед царем, и тот, послушав их, заключил его в тюрьму. Когда к Аязу пришла жена, он велел ей поймать большого муравья, привязать к его лапке крепкую нитку длиной сорок метров, к свободному концу её привязать верёвку такой же длину и пустить муравья по наружной стене тюрьмы в указанном месте. Как сказал Аяз, так жена и сделала. Сам же Аяз накрошил на окно камеры сахара и муравей по запаху сахара добрался до камеры, где сидел Аяз».
А пословицы – это сплошная диффузия:
- Ложка дёгтя в бочке мёда.
- Нарезанный лук пахнет и жжёт глаза сильнее
- Овощной лавке вывеска не нужна.
- Волка нюх кормит
«Как муравьи находят путь домой?»
Муравьи помечают свой путь капельками пахучей жидкости, они прижимаются брюшком к земле и передают ей свой запах. Некоторые муравьи не всегда бегут точно по намеченному пути, а сбоку от трассы, потому что запах достаточно силен. Потеряв след, они кругами вновь находят «дорогу» и спешат по ней. Муравьиные трассы бывают длиной несколько метров.
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.
Загрузка...
