Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах: задания

Алматинская область,

Карасайский район

КГУ "Средняя школа имени А.С. Пушкина с дошкольным мини-центром"

Тема проекта: «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах»

Секция: 5 секция - физика

Научный руководитель: Мусатаева Толганай Сайлауқызы

Магистрант, учитель физики, КГУ "Средняя школа имени А.С. Пушкина с дошкольным мини-центром"

(Ф.И.О.,

ученая степень, должность, место работы )

Исполнитель: (фамилия, имя, класс) Ибрагимова Алина,

ученица 7 « Б»класса

Содержание

Стр.

Введение. Определение понятия «диффузия»..................................

Определение понятия «диффузия».....................................................

Осмос.....................................................................................................

Диффузия вокруг нас...........................................................................

Роль диффузии в быту и технике........................................................

Диффузия в жизни человека...............................................................

Диффузия в живой природе................................................................

Влияние деятельности человека на протекание диффузионных процессов в природе............................................................................

Практические эксперименты, подтверждающие теорию.................

Опыт №1.Наблюдение диффузии при смешивании двух жидкостей..............................................................................................

Опыт№2. Наблюдение диффузии при смешивании сыпучего тела с жидкостью..........................................................................................

Опыт №3 Наблюдение явления диффузии в жидкостях..................

Опыт №4 Изучение зависимости скорости протекания диффузии от температуры....................................................................................

Опыт №5 Наблюдение явления диффузии в газах...........................

Опыт №6 Влияние различных веществ на поверхности воды на процесс диффузии................................................................................

Социологический опрос......................................................................

Методика проведения социологического опроса по проблеме экологии................................................................................................

Анализ результатов..............................................................................

Заключение...........................................................................................

Список использованной литературы и интернет-ресурсов..............

Аңдатпа

Оқушы жобада өз шамасына қарай ғылыми жұмысқа сай эксперимент жасап, іс жүзінде көрсете біліп, ойларын жеткізген. Өз мүмкіндігіне қарай зерттеу, дәлелдеу, салыстыру, қорытынды жұмыстарын жасағаны көрініп тұр.

Материалдарды жинақтап, ұтымды пайдалана білген. Жобаны жасауда көп ізденгені, өзінше ойлана білгені байқалады. Жобаны жасауда әр түрлі әдіс-тәсілдерді пайдалана білген.

Тақырып өте кең болғандықтан, өзекті мәселені жан-жақты қамти отыра, мәселенің түйінін тауып, дәлелдеу жолдары қарастырылған.

Аннотация

Ученик смог экспериментировать с проектом в соответствии с его знаниями и практическими идеями.

Очевидно, что он провел исследования, доказательства, сравнения и выводы.

Собранный и использованный материал эффективен. В дизайне проекта есть много результатов. Он использовал различные методы для создания проекта.

Тема очень широкая, поэтому можно найти и доказать проблему, покрывая проблему.

Theannotation

The student was able to experiment with the project in accordance with his knowledge and practical ideas. It is evident that it has done research, proof, comparisons and conclusions.

Collected and used material effectively. There are many findings in the design of the project. He used various methods to create the project.

The topic is very wide, so it is possible to find and prove the problem by covering the problem

Research supervisor: Musatayeva.T.S.

Введение

Строение материи – одна из главных проблем науки, основой современной физики является атомно – молекулярное учение. В настоящее время доказательства положений молекулярно-кинетической теории настолько многочисленны и убедительны, что существование молекул признано как установленный факт. Из большого числа научных положений и опытных фактов, относящихся к молекулярно-кинетической теории, наибольший интерес у меня вызвало явление диффузии с которым я познакомилась в 7 классе на уроках физики. Каждое утро, выпивая кружку чая, мы не догадываемся, что наблюдаем явление диффузии. Я заинтересовалась этим явлением потому, что это один из важных процессов в жизнеобеспечении людей и живой природы Земли. Роль, которую играет диффузия в окружающем нас мире трудно переоценить. Она встречается повсюду, ее проявления есть и в природе, и в технике, и в быту. К сожалению, диффузионные процессы могут оказывать не только положительное, но и негативное влияние на жизнедеятельность растений, животных и человека. В ходе работы я поставила перед собой следующие цели:

углубить свои знания по данной теме;

исследовать особенности протекания диффузии в различных средах и рассмотреть ее применение;

показать роль диффузионных процессов в экологическом равновесии.

Задачи:

1. Найти необходимый материал в литературе, Интернет-сети, изучить и проанализировать его.

2. Выяснить, где в живой и неживой природе (физике и биологии) встречаются явления диффузии, какое значение они имеют, где применяются человеком.

3. Описать и спроектировать наиболее интересные опыты по данному явлению.

В работе мною были использованы такие методы исследования :

наблюдение

эксперимент,

социологический опрос.

I. Определение понятия «диффузия».

1.1. Определение понятия «диффузия».

Диффузия (лат. Diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Этот процесс обусловлен хаотическим тепловым движением молекул и заключается в переносе частиц и взаимном проникновении веществ. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму. Это явление имеет место в газах, жидкостях и твёрдых телах, причём диффундировать могут как находящиеся в них частицы посторонних веществ, так и собственные частицы (самодиффузия). Диффузия крупных частиц, взвешенных в газе или жидкости, осуществляется благодаря их броуновскому движению. Наиболее быстро диффузионные процессы происходят в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: если один конец стержня нагреть или электрически зарядить, распространяется

При движении частицы в веществе, она постоянно сталкивается с его молекулами. Это одна из причин, почему в обычных условиях диффузия идёт медленнее обычного движения. От чего же зависит скорость диффузии?

Во-первых, от среднего расстояния между столкновениями частиц, т.е. длины свободного пробега. Чем больше эта длина, тем быстрее частица проникает в вещество.

Во-вторых, на скорость влияет давление. Чем плотнее упаковка частиц в веществе, тем труднее частице-пришельцу проникнуть в такую упаковку.

В-третьих, большую роль оказывает на скорость диффузии молекулярная масса вещества. Чем крупнее мишень, тем вероятнее попадание, а после столкновения скорость всегда замедляется.

И, в-четвёртых, температура. С ростом температуры колебания частиц увеличиваются, растёт скорость молекул. Однако, скорость диффузии в тысячу раз медленнее скорости свободного движения.

1.2. 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 (рис-1.2.1).

Рис-1.2.1

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

Особенно важна для живых организмов диффузия ионов в водных растворах. Не менее важна роль диффузии в дыхании, фотосинтезе, транспирации растений; в переносе кислорода воздуха через стенки альвеол легких и попадания его в кровь человека и животных. Диффузия молекулярных ионов через мембраны осуществляется с помощью электрического потенциала внутри клетки. Обладая избирательной проницаемостью, мембраны играют роль таможни при перемещении товаров через границу: одни вещества пропускают, другие - задерживают, третьи – вообще «выдворяют» из клетки. Роль мембран в жизни клеток очень велика. Гибнущая клетка теряет контроль над возможностью регулировать концентрацию веществ через мембрану. Первым признаком умирания клетки являются начинающиеся изменения в проницаемости и сбое в работе ее наружной мембраны

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 (рис- 1.2.2.)

Рис- 1.2.2 Практическое применение осмос находит в процессе очистки воды.

II. Диффузия вокруг нас.

2.1. 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.

Распространение запахов в воздухе - наиболее часто встречающийся пример диффузии в газах (рис-2.1.1).

Рис-2.1.1 Распространение запахов в воздухе

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.

По средствам диффузии происходит распространение различных газообразных веществ в воздухе: например, человек чувствует запах духов, дыма, который распространяется на большие расстояния. 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.

В жидкостях диффузия протекает медленнее, чем в газах, но этот процесс можно ускорить, с помощью нагревания. Например, чтобы быстрее засолить огурцы, их заливают горячим рассолом (рис-2.1.2). Мы знаем, что в холодном чае сахар растворится медленнее, чем в горячем. Еще один часто встречающийся пример проявления диффузии в быту – стирка цветных вещей.

Рис-2.1.2 Рроявления диффузии в быту – стирка.