Где применяется диффузия в жизни человека. Исследовательский проект по физике "роль диффузии в нашей жизни". причины и закономерности диффузии

Цель урока:

• сформировать у обучающихся представление о явлении диффузии;
• показать значение явления диффузии в природе, технике и быту.
• помочь осознать масштабы вреда курения для здоровья человека и окружающей его среды с помощью физических явлений и закономерностей;
• убедить учащихся в необходимости здорового образа жизни;

Задачи:

Образовательные: Сформировать:

• представление о диффузии, как о явлении смешивания веществ, вследствие движения молекул.
• представление о том, что диффузия наблюдается в твердом, жидком и газообразном состояниях вещества;
• представление о значении диффузии в природе, в быту.

Развивающие:

• учить логически правильно выражать свои мысли средством физико-математического языка;
• формировать умения наблюдать;
• развивать умения анализировать ход эксперимента, на его основе проводить сравнение, выделять главное, формулировать логические выводы;
• развивать способности работать в высоком темпе.

Воспитательные:

• формировать умения использовать теоретические знания для понимания сущности явлений происходящих в природе, в быту.
• повышать уровень экологического и эстетического воспитания учащихся.

Оборудование к уроку: чашки Петри, перманганат калия, пинцеты, пластиковые стаканы, кофе, холодная и тёплая вода.

Компьютер.

Ход урока

1. Организационный момент.

Готовность класса к уроку.

2. Формулирование цели урока.

Сегодня мы узнаем об очень интересном и важном явлении в нашей жизни, связанным с молекулярным строением вещества. Явление, с которым мы познакомимся, играет очень большую роль в живой и неживой природе, в быту, узнаем, связано ли наше здоровье с понятием диффузия и как?. Это явление мы с вами встречаем на каждом шагу, каждый день, не задумываясь об этом. А называется это явление «Диффузия».

Откройте тетради, запишем тему и дату урока.

3. Актуализация опорных знаний.

Давайте вспомним, что вы уже узнали о строении веществ на прошлых уроках.

Проводится фронтальный опрос:

Когда зародились первые предположения о строении вещества?

Какие опыты подтверждают, что вещества состоят из отдельных частичек?

Как меняется объём тела при изменении расстояния между частицами?

Что такое молекула?

Что вы знаете о размерах молекул?

Из каких частиц состоят молекулы?

Одинаковы ли молекулы одного и того же вещества? Разных веществ?

4. Новый материал

1) Понятие диффузии.

Учитель: (зачитывает отрывок из произведения Владимира Солоухина)"Третья охота".

О чесночнике.

Много раз я встречал в книгах упоминание о чесночном грибе, или, проще, о чесночнике. Говорилось, что этот гриб обладает запахом чеснока и что из него можно готовить разные приправы и соусы к мясным блюдам.

…Механически сощипнул я один грибочек, механически растер между пальцами, и вдруг явственный крепкий запах свежего чеснока облаком расплылся меж мокрых елей, благоухающих смолой и хвоей. Это было так неожиданно… Из корзины пахло так, будто там не грибы, а растолченный чеснок…

…В этот день я пришел домой с необычайной добычей. Страшно было класть грибы на сковородку. Но вопреки ожиданиям получилось очень острое и душистое кушанье.

По прочтении отрывка задаётся вопрос: Как вы считаете, почему вся еда будет пахнуть чесноком?

Из предположений и ответов учащихся учитель делает уточнение: Молекулы веществ движутся и проникают между друг другом.

Даётся определение диффузии:

Явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, называется диффузией.

2) причины и закономерности диффузии.

Давайте рассмотрим диффузию в газах. Проведем эксперимент. Распыляем в классе дезодорант.

Ребята, вы почувствовали запах дезодоранта?

Почему возможно распространение запахов в пространстве?

Распространение запахов возможно благодаря движению молекул веществ. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы дезодоранта много раз меняют направление своего движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всей комнате.

Сделайте, пожалуйста, вывод о причине диффузии.

Причина диффузии: молекулы вещества находятся в непрерывном и беспорядочном движении.

Давайте запишем это утверждение в тетрадь.

Мы наблюдали процесс диффузии в газах. А возможна ли диффузия в жидкостях?

На ваших столах стоят чашки Петри с водой. Бросьте несколько кристалликов перманганата калия в воду. Не забываем про технику безопасности : избегайте контакта кожи и слизистых оболочек с кристаллами перманганата калия.

Что вы наблюдаете?

Быстро ли растворяются кристаллики марганцовки? Почему?

Благодаря чему происходит растворение кристалликов марганцовки в воде?

Возможен ли процесс диффузии в твердых телах?

Приведу вам пример. Если отшлифованные пластины свинца и золота положить одна на другую и сжать грузом, то при обычной комнатной температуре (около 20°С) за 5 лет золото и свинец взаимно проникнут друг в друга на расстояние всего около 1 мм.

Какой вывод можно сделать по приведенному примеру?

Диффузия в твёрдых телах происходит чрезвычайно медленно.

Как вы думаете, почему?

Давайте посмотрим как протекает диффузия в твёрдых телах в природе.

Какой вывод можно сделать по результатам рассмотрения диффузии в газах, жидкостях и твердых телах?

Молекулы веществ находящихся в любом агрегатном состоянии, непрерывно двигаются, т.е. диффузия происходит и в газах, и в жидкостях, и в твёрдых телах.

А что можно сказать о скорости протекания диффузии в различных агрегатных состояниях вещества?

Молекулы газов свободны, так как расстояние между молекулами много больше размеров молекул, двигаются с большими скоростями. Молекулы жидкостей расположены так же беспорядочно, как и в газах, но значительно плотнее друг к другу и поэтому взаимодействуют друг с другом сильнее, чем в газах. Каждая молекула, находясь в окружении соседних молекул, как бы топчется на одном месте и медленно перемещается внутри жидкости. Молекулы твердых веществ расположены в строгом порядке, образовывая пространственную решетку, чем обеспечивается сохранение формы и объема твердого тела. Частицы твердого тела совершают колебания около положения равновесия, которое остается неизменным очень продолжительное время. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах.

Таким образом, мы познакомились с одной из закономерностей диффузии:

1. Диффузия протекает в веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях, но с разной скоростью. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах.

Запишите данное утверждение в тетрадь.

Проведём ещё один опыт:

В два одинаковых стакана налейте одинаковое количество воды, но различной температуры. Помните о технике безопасности .

Бросьте в стаканы несколько крупинок растворимого кофе. Пронаблюдаете, что происходит.

Имеет ли здесь место явление диффузии? Почему?

Что вы можете сказать о скорости протекания диффузии в стакане с холодной водой и с теплой водой?

Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры, так как молекулы взаимодействующих тел начинают двигаться быстрее.

Процесс диффузии проходит быстрее с увеличение температуры тел.

Запишите это утверждение в тетрадь.

3. Применение диффузии.

Сообщения учащихся:

1. Роль диффузии в пищеварении и дыхании человека .(Кривоносова А)

Презентации:

1. « Роль диффузии в пищеварении и дыхании человека»

Процесс всасывания питательных веществ в кишечнике возможен благодаря диффузии.

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. Интересно, 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.

Благодаря диффузии кислород из легких пpoникaeт в кровь человека, а из крови – в ткани.

2. Применение диффузии в медицине. Аппарат «искусственная почка»

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 гемодиализатор, в котором кровь соприкасается через полупроницаемую мембрану с солевым раствором. Вследствие разности осмотических давлений из крови в солевой раствор сквозь мембрану проходят ионы и молекулы продуктов обмена (мочевина, мочевая кислота), а также различные токсические вещества, подлежащие удалению из организма. 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 CO2 + О2 Аппарат подключается к кровеносной системе больного. Этим достигается очистка крови от азотистых шлаков при недостаточной функции почек, т.е. осуществляется регулирование химического состава крови.

3. Вредное проявление диффузии (Редкозубов А)

Презентация «Вредное проявление диффузии»

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.

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

Учитель: (вывод)

Мы видим, как велико значение диффузии в неживой природе, а существование живых организмов было бы невозможно, если бы не было этого явления. К сожалению, приходится бороться с отрицательным проявлением этого явления, но положительных факторов намного больше и поэтому мы говорим об огромном значении диффузии в природе.

5. Закрепление

Тест Распечатан на листах для каждого (5 мин)

1. Какое из приведенных ниже утверждений верно?

А) только газы состоят из молекул

Б) только жидкости состоят из молекул

В) все тела состоят из молекул

2. В каких телах диффузия, при одинаковых температурах, происходит быстрее?

А) в газах

Б) в жидкостях

В) в твердых телах

3. Что доказывает процесс диффузии?

А) что молекулы взаимодействуют между собой

Б) что молекулы состоят из атомов

В) что молекулы непрерывно хаотично движутся

4. Как зависит скорость протекания диффузии от температуры?

А) не зависит

Б) чем ниже температура вещества, тем меньше скорость

В) чем выше температура вещества, тем меньше скорость

5. Какое явление доказывает движение молекул веществ

А) броуновское движение

Б) механическое движение

В) среди ответов нет верного

6. Домашнее задание: параграф 9, задание №2.

Для любознательных – параграф 1 на стр. 172.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №11» «Диффузия в природе и в жизни человека» г.Балахна 2017г. Работу выполнила: Лянгузова Вера, ученица 7а кл. Руководитель: Семёнова В.З., учитель физики

2 слайд

Описание слайда:

Объект исследования: явление диффузии. Предмет исследования: влияние явления диффузия на процессы, протекающие в природе, и процессы, связанные с жизнедеятельностью человека. Цель: Исследовать особенности диффузии в различных агрегатных состояниях, рассмотреть применение диффузии человеком и проявление ее в природе, а также выяснить экологические аспекты диффузии. Задачи: 1. Изучить материал о роли диффузии в природе и жизнедеятельности человека. 2. Провести некоторые опыты, характеризующие закономерности протекания диффузии. 3. Проанализировать полученную информацию о явлении диффузии, а также определить степень значимости этого явления для растений, животных, человека. Методы: - Сбор, обработка, анализ информации о значимости явления диффузии в растительной среде и мире животных. - Проведение экспериментов по диффузии.

3 слайд

Описание слайда:

Актуальность выбранной темы Диффузия широко распространена в мире флоры и фауны и очень важна для растений и животных. Но не у всех людей есть достаточные представления о протекании этого явления. Актуальность данной работы для меня состоит в том, что изучение влияния диффузии на жизнедеятельность растений, животных и человека расширило спектр моих знаний о живой природе, продемонстрировало тесную связь физики, биологии, экологии.

4 слайд

Описание слайда:

Диффузия и ее закономерности Диффузия (лат. diffusio - распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) - процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному равномерному перемешиванию веществ по всему объему. Явление диффузии мы наблюдаем каждый день: наливаем ли заварку чая в кипяток, приготавливаем ли красящий раствор. И даже когда сгорает что-то на плите, а запах чувствуется по всему дому, мы вновь сталкиваемся с явлением диффузии.

5 слайд

Описание слайда:

Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то во всех этих веществах возможна диффузия. Однако скорость протекания данного явления для них различна. В результате наблюдений было установлено, что диффузия в газах происходит очень быстро. В жидкостях диффузия медленнее, чем в газах, т.к. молекулы жидкости расположены значительно гуще, поэтому «пробираться» сквозь них значительно труднее. Диффузия может происходить даже в твердых телах, хотя промежутки между частицами маленькие и поэтому другим веществам очень трудно проникнуть между ними. Процесс диффузии в твердых телах проходит медленно и незаметно для невооруженного глаза.

6 слайд

Описание слайда:

Скорость диффузии зависит не только от агрегатного состояния вещества, но и от температуры. Чем больше температура тела, тем больше скорость молекул, и диффузия протекает быстрее.

7 слайд

Описание слайда:

Значение диффузии Дыхание растений, питание растений, поглощение углекислого газа и выделение растениями нужного для дыхания человека кислорода, снабжение природных водоемов кислородом происходит благодаря диффузии. Известно, что цветки многих растений обладают ароматом. Связано это с тем, что насекомые-опылители (а в тропических лесах и мелкие птицы) отыскивают на большом расстоянии цветки с лакомым нектаром не только по яркой окраске лепестков, но и по запаху выделяемых ими эфирных масел. Если для привлечения насекомых-опылителей цветки издают в большинстве случаев приятный аромат, то для отпугивания врагов, питающихся этими растениями, их стебли и листья приобрели неприятный запах.

8 слайд

Описание слайда:

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

9 слайд

Описание слайда:

Горючий природный газ, используемый в быту для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха. Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, горючий газ предварительно смешивают с резко пахнущими веществами. Это позволяет быстро заметить наличие утечки газа в помещении. В повседневной жизни мы встречаемся с процессом диффузии при засолке и засахаривании, смешивании различных ингредиентов при приготовлении пищи, склеивании поверхностей, окрашивании тканей, стирке вещей и т.д.

10 слайд

Описание слайда:

Вредные проявления диффузии Необходимо отметить и вредные проявления диффузии. 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. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн. Возникает угроза «экологической» катастрофы…

11 слайд

Описание слайда:

Экспериментальная часть Опыт 1. Я распылила духи около входной двери в кабинет. Длина кабинета 10 метров. Моя одноклассница, находившаяся у противоположной стены, почувствовала запах духов через 2,6 минуты. Опыт 2. В два одинаковых стакана положили пакетики с чаем. В правый стакан налили холодную воду, имеющую температуру 25 градусов, а в левый – горячую, температура которой 95 градусов. Наблюдения фиксировала с помощью фотоаппарата с интервалом сначала 10 минут, потом 15 минут, последнее фото выполнено через сутки.

12 слайд

Описание слайда:

Опыт 3. Я изготовила из желатина и воды два диска, в один из которых добавила краситель. При комнатной температуре они сохраняют форму и объем, как твердые тела. Окрашенный диск положила сверху на неокрашенный, и каждые сутки делала фотографии.

13 слайд

Описание слайда:

Выводы из опытов: 1. Диффузия наблюдается в газах, жидкостях и твердых телах. 2. Диффузия в газах протекает быстро (минуты). 3. Для диффузии в жидкости требуется больше времени, чем в газах (несколько часов). Чем выше температура жидкости, тем быстрее протекает диффузия. 4. В твердых телах диффузия протекает намного медленнее, чем в жидкостях (несколько суток).

14 слайд

Описание слайда:

Заключение Явление диффузии является одним из главных общих условий жизнедеятельности растений, животных и человека. Без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна. К сожалению, все чаще и чаще мы наблюдаем негативное воздействие человека на окружающую среду. 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.

15 слайд

Описание слайда:

Литература 1. Ефграфова Н.Н., Каган В.Л. Курс физики для подготовительных отделений вузов: Учеб. Пособие. – 3-е изд., испр. И перераб. – М.: Высш. Шк., 1984.- 487 с., ил. 2. А. В. Пёрышкин Курс физики, ч.II для средней школы Механика (продолжение), теплота и молекулярная физика составлен при участии Н.П. Суворова издание пятнадцатое Редактор Л.Л. Величко. Художественный редактор Б.Л. Николаев. Технический редактор Н.Н. Махова. Корректор Т.Кузнецова Издательство «Просвещение» Москва 1968 3. Элементарный учебник физики: Учебное пособие. В 3-х т./Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. I. Механика. Теплота. Молекулярная физика. – 10- е изд., перераб.- М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. -608 с., ил. 4. Семке А.И. «Нестандартные задачи по физике», Ярославль: Академия развития,2007. 5. Шустова Л.В., Шустов С.Б. «Химические основы экологии».М.:Просвещение,1995. 6. Лукашик В.И. Задачник по физике 7-8кл. М.: Просвещение,2002. 7. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. М.: Просвещение,1998. 8. Энциклопедия Физика. М.: Аванта +,1999. 9. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. М.: Наука,1986. 10. Енохович А.С. Справочник по физике. М.: Просвещение, 1990. 11. Ольгин О. И. Опыты без взрывов. М.: Химия,1986. 12. Ковтунович М.Г. «Домашний эксперимент по физике 7-11 классы». М.: Гуманитарный издательский центр, 2007. 13. Internet- ресурсы.

16 слайд

Описание слайда:

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

Страница 1

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Ремонтненская средняя общеобразовательная школа №2

Диффузия в природе и жизни человека

(экспериментально- исследовательская работа)

с. Ремонтное

	Введение	3
§1	Явление «диффузия», его сущность	4
§2	Осмос и диализ - формы проявления диффузии	5
§3	Роль диффузии в природе	6
§4	Влияние диффузии на жизнедеятельность человека	8
§5	Вредное проявление диффузии	9
	Заключение	10
	Список литературы	11

Введение

Диффузия играет огромную роль в природе, в быту человека и в технике. Диффузионные процессы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на жизнедеятельность человека и животных. Однако, не у всех людей есть достаточное представление о протекании этого явления.

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

Объект исследования - явление диффузии.

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

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

Задачи:

1. Изучить материал о роли диффузии в природе и жизнедеятельности человека.

2. Провести некоторые опыты, характеризующие закономерности протекания диффузии.

3. Проанализировать полученную информацию о явлении диффузии, а также определить степень значимости этого явления для растений, животных, человека.

Методы:

1.Изучение литературных и других информационных источников.

2.Анализ и обработка материала о значимости явления диффузии.

3.Проведение экспериментов.

§1 Явление «диффузия», его сущность

Диффузия (от лат. Diffusio - распространение, растекание, рассеивание) - это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

Явление диффузии мы наблюдаем каждый день: наливаем ли заварку чая в кипяток, приготавливаем ли красящий раствор. И даже когда сгорает что-то на плите, а запах чувствуется по всему дому, мы вновь сталкиваемся с явлением диффузии.

Возникает вопрос, почему же запах в комнате распространяется не мгновенно, а через некоторое время. Дело в том, что движению пахучего вещества в определенном направлении мешает движение молекул воздуха. Молекулы (духов или нафталина) на своем пути сталкиваются с молекулами газов, которые входят в состав воздуха. Они постоянно меняют направление движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате.

Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то во всех этих веществах возможна диффузия. Однако скорость протекания данного явления для них различна. Для подтверждения данного факта был проведен эксперимент. Одновременно совершили три действия: разрезали апельсин, опустили в стакан пакетик чая и на срез сырой картофелины насыпали несколько кристалликов марганцовки. В результате наблюдений было установлено, что запах апельсина распространился по комнате за несколько секунд, немногим более потребовалось времени для того, чтобы чай окрасил воду, а молекулы перманганата калия только на несколько миллиметров диффундировали в картофель за пару часов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что диффузия протекает быстрее в газах, чуть медленнее в жидкостях и очень медленно в твердых 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.

Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры . Обратимся к опыту. В два стакана налили воду, но в один холодную, а в другой – горячую. Опустили одновременно в стаканы пакетики с чаем. Нетрудно заметить, что в горячей воде чай быстрее окрашивает воду, диффузия протекает быстрее. Это происходит потому, что с повышением температуры увеличивается скорость движения молекул. Поэтому прежде чем сделать укол пациенту, холодный раствор с инъекцией врач немного нагревает до температуры, близкой к температуре человека.
§2 Осмос и диализ - формы проявления диффузии

В мире живых организмов диффузия проявляется в двух формах - диализе и осмосе. Диализом называется диффузия молекул растворенного вещества, а осмосом - диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану.

Основную роль для диффузионных процессов в живых организмах играют мембраны, находящиеся на поверхности клеток, клеточных ядер и вакуолей и обладающие избирательной проницаемостью. Прохождение вещества через мембрану зависит от размеров и некоторых других физических свойств молекул растворителя, а также от свойств самой мембраны.

Если мешочек из пергамента заполнить раствором сахара или соли и поместить в сосуд с водой, то молекулы растворённого вещества будут диффундировать через стенки мешочка, пока их концентрация в мешочке и в сосуде с водой не станет одинаковой. В этом случае мы можем говорить, что поры мембраны достаточно велики для прохождения через них молекул растворенного вещества. Этот метод – диализ – часто применяют для получения чистых препаратов белков и других соединений.

Диализ также используется в аппарате «искусственная почка». Аппарат представляет собой гемодиализатор, в котором кровь соприкасается через полупроницаемую мембрану с солевым раствором. Из крови в солевой раствор сквозь мембрану проходят ионы и молекулы продуктов обмена (мочевина, мочевая кислота), а также различные токсические вещества, подлежащие удалению из организма. Аппарат представляет собой систему из плоских каналов, разделенных тонкими целлофановыми мембранами, по которым встречными потоками медленно движутся кровь и солевой раствор, обогащенный газовой смесью CO 2 + О 2 .Аппарат подключается к кровеносной системе больного с помощью катетеров. Диализ продолжается 4-6 ч. Этим достигается очистка крови от азотистых шлаков при недостаточной функции почек, т.е. осуществляется регулирование химического состава крови.

Если взять мешочек с более мелкими порами, пропускающими только молекулы растворителя, (например, воды), но не пропускающими молекул сахара, то молекулы воды будут диффундировать в мешочек, увеличивая объём раствора в нем. В этом случае мы говорим об осмосе. Впервые осмос наблюдал А. Нолле в 1748 , однако исследование этого явления было начато спустя столетие. Явление осмоса наблюдается в тех средах, где подвижность растворителя больше подвижности растворённых веществ. Осмос сохраняет внутри клетки белки, столь важные для биологических процессов живых организмов.

§3 Роль диффузии в природе

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

К.А. Тимирязев говорил: «Будем ли мы говорить о питании корня за счёт веществ, находящихся в почве, будем ли говорить о воздушном питании листьев за счет атмосферы или питании одного органа за счёт другого, соседнего, – везде для объяснения мы будем прибегать к тем же причинам: диффузия».

Действительно, в растительном мире также велика роль диффузии. Например, большое развитие листовой кроны деревьев объясняется тем, что диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично и питания. В настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем опрыскивания их кроны. Благодаря диффузии растение получает минеральные вещества и воду из почвы.

Без этого явления не было бы и животного мира. Диффузия влияет не только на физиологические процессы, происходящие в организме животных: таких как, например, регуляция солевого баланса. Благодаря диффузии они находят себе пищу. Акулы, например, чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

Большую роль играют диффузные процессы в снабжении природных водоёмов и аквариумов кислородом. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за счёт диффузии через их свободную поверхность. Чтобы изучить, как различные вещества на поверхности воды влияют на скорость испарения воды и сделать вывод о скорости протекания диффузии, был проделан следующий опыт.

В тарелки была налита вода одинаковой массы и одинаковой температуры (37 градуса), затем в одну тарелку был налит бензин (5 мл), во вторую – керосин (5мл), в третью – растительное масло (5 мл), в четвертой вода оставалась чистой. Растительное масло в нашем опыте имитировало нефть. Засекалось время, через каждые 15 минут снимались показания термометров, помещенных во все жидкости. Результаты измерений зафиксированы в таблице.

Время	Температура чистой воды, 0 С	Температура воды с бензином, 0 С	Температура воды с керосином, 0 С	Температура воды с растительным маслом, 0 С
14:15	37	37	37	37
14:30	33	34	34	35
14:45	30	32	32	33
15:00	26	28	28	31

При испарении из воды вылетают отдельные молекулы. Так как вода, покрытая пленкой бензина, керосина и растительного масла, остывает медленнее, то можно судить о том, что и молекулам кислорода труднее проникнуть в воду: рыбы и другие водные обитатели испытывают недостаток кислорода и могут даже погибнуть.

Таким образом, наличие различных веществ на поверхности воды нарушает процессы диффузии и может привести к нежелательным экологическим последствиям.

Поэтому нежелательны всякие ограничения свободной поверхности воды. Так, например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить доступ кислорода к воде и привести к гибели ее обитателей. По этой же причине сосуды с узким горлом непригодны для использования в качестве аквариума.

§4 Влияние диффузии на жизнедеятельность человека

На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др. Мы можем защитить себя от многих болезней путем приема лекарств, которые усваиваются организмом тоже благодаря диффузии.

Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека. На этом явлении основана диффузионная сварка металлов. Детали помещают в закрытую сварочную камеру с сильным разряжением, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов материалов. Диффузионная сварка применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном машиностроении.

Явление диффузии используется также для получения сахарного сока из свекловичной стружки, нагреваемой вместе с водой.

Человек научился использовать свойства диффузии и для обеспечения собственной безопасности. 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.
§5 Вредное проявление диффузии

К сожалению, в результате развития человеческой цивилизации оказывается негативное влияние на природу и процессы, протекающие в ней. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей, океанов. Загрязнение водоемов приводит к тому, что в них исчезает жизнь. 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.

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

Заключение

Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод о том, что явление диффузии является одним из главных общих условий жизнедеятельности растений, животных и человека. Без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна.

Человеку нет необходимости что–то специально делать для улучшения протекания явления диффузии в живой природе. Просто надо исключить загрязнение окружающей среды своей деятельностью, так как по вине человека это явление играет заметную роль в загрязнении рек, морей и океанов, почвы и атмосферы Земли.

В пламени Солнца, в жизни и смерти далёких звезд, в воздухе, которым мы дышим, всюду мы видим проявление всемогущей и универсальной диффузии.

Список литературы

1. Алексеев С.В., Груздева М.В., Муравьёв А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии. М. АО МДС, 1996 г.

2. Перышкин А.В.Физика 7 класс. – М.: Дрофа, 2005. – 189 с.

3. Прохоров А.М. Физический энциклопедический словарь. 1995 г.

4. Рыженков А. П.Физика Человек Окружающая среда. - М.:Просвещение,1996. – 48 с.

5.Шахмаев Н.М.и др.Физика 7.М.:Мнемозина,2007.

6. Энциклопедия для детей.Т.19. Экология: В 33 т./ Гл. ред. Володин В. А. – М.: Аванта +, 2004 – 448 с.

7. http://www.Wikipedia.org

страница 1

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

1. 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:

1. Расширить знания о диффузии
2. Выяснить: от чего зависит диффузия
3. Рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать общую значимость этого явления.
4. Подтвердить теоретические факты экспериментами
5. Рассмотреть примеры диффузии в домашних опытах
6. Обобщить приобретенные знания и сделать выводы.

Задачи:

1. Изучить материал в литературе, Интернет-сети о роли диффузии в природе и жизнедеятельности человека.
2. Проанализировать полученную информацию о явлении диффузии, а также определить степень значимости этого явления для растений, животных, человека.
3. Выяснить, где в живой и неживой природе встречаются явления диффузии, какое значение имеют, где применяются человеком.
4. Провести, описать и спроектировать некоторые опыты, характеризующие закономерности протекания диффузии.

Основные методы работы :

1. Поисковый;
2. Метод обобщенного анализа (сравнение имеющихся знаний с полученными данными);
3. Экспериментально – практический.

Методы исследования :

1. Изучение, анализ и синтез литературных и других информационных источников;
2. Наблюдение;
3. Анализ информации и результатов;
4. Сравнение;
5. Проведение экспериментов;
6. 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

1. Алексеев С.В., Груздева М.В., Муравьёв А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии. М. АО МДС, 1996 г.
2. Рыженков А.П. Физика. Человек. Окружающая среда. М. Просвещение,1996
3. 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»