Диффузия

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №3

Исследовательская работа по физике на тему:

«Диффузия»

Автор: Шумейко Александр, учащийся 8 класса «А» МОУ СОШ №3 города Георгиевска Ставропольского края

Руководитель: Апросинкина Н.В., учитель физики и информатики МОУ СОШ №3 города Георгиевска Ставропольского края

Георгиевск, 2010

Оглавление:

1. Введение
2. Основная часть. Роль диффузии в нашей жизни
3. Экспериментальная часть. Исследование диффузии в газообразных, жидких и твердых состояниях вещества.
4. Заключение

1. Введение

Как много удивительного и интересного происходит вокруг нас. Уже в глубокой древности, за 2500 тыс. лет до нашего времени, зародилось представление, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, недоступных непосредственному наблюдению, а лишь за после 150 лет развилось и было экспериментально обоснованно  учение о молекулах и атомах – молекулярная теория.  И основателей молекулярной теории был Демокрит. Суть учения Демокрита сводилась к следующему: не существует ничего, кроме атомов; атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме; различие между вещами происходит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке; качественного различия между атомами нет. У Демокрита существует давно, однако и ныне учение основано на предположениях того времени.

В основе современного положения молекулярно –кинетической лежат три утверждения, каждое из которых в настоящее время строго доказано экспериментально: вещество состоит из ; эти частицы хаотически движутся; частицы взаимодействуют друг с другом.

 Учения Демокрита следует, что все тела состоят из атомов, однако атомы могут образовать молекулы. Молекулами называют мельчайшие частицы, из которых состоят различные вещества ( и которые обладают свойствами этого вещества). В частицы находятся в непрерывном движении. Одним из проявления теплового движения является процесс. Диффузия – это явление  молекул одного  в промежутке между молекулами другого вещества.

Заваривается чай, растворяется сахар, салфетка впитывает влагу, распространяется запах духов, разводится краска, краска проникает в бумагу, кисточка окрашивает воду это лишь небольшая часть  явлений диффузии, которое в нашей жизни играет немаловажную роль. Распространение запахов происходит из-за того, что молекулы движутся. Молекулы духов на своем пути сталкиваются с молекулами газов, которые входят в состав воздуха, они постоянно меняют направление движения, и беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате.

В ходе своего исследования я поставил цель: определить место и значение диффузии в жизни живой и неживой природы.

В процессе исследования были поставлены следующие задачи:

1. Раскрыть содержание понятия явления «диффузия», установить причины ее  возникновения.
2. Выявить причинно-следственные связи обстоятельств, вызывающих процесс диффузии.

2. Основная часть

Ещё в Древней Греции учёным было известно, из – за чего происходит испарение влаги, распространение запахов, смешивание металлов.

В 1827 году ботаник Вроун наблюдал беспорядочное движение частичек цветочной пыльцы в воде. Частички были достаточно малы, и для наблюдений использовался микроскоп. Маршруты частичек не подчинялись никакой системе и были столь причудливы, что Вроун вначале принял это движение за какое-то особое проявление жизни. Правильно броуновское движение было объяснено полвека спустя. Молекулы воды постоянно находятся в хаотическом движении. Это они бомбардируют с разных сторон огромную (по сравнению с ними) частицу пыльцы, заставляя ее двигаться случайным образом. Поэтому броуновское движение может служить наблюдаемым доказательством невидимого даже под микроскопом движения молекул.

          Некоторые из молекул одного вещества проникают в межмолекулярные промежутки другого вещества, и наоборот. То есть происходит взаимная диффузия веществ.

           Мы также регулярно наблюдаем диффузию в газах. Именно ей мы обязаны тем, что чувствуем запахи веществ, находящихся от нас на расстоянии. Диффузионные процессы могут протекать и в твердых телах, но там они происходят слишком медленно, чтобы быть заметными при комнатной температуре. Однако с ростом температуры движение молекул (или атомов) становится более интенсивным. Поэтому при длительном выдерживании твердых тел при высоких температурах можно воочию убедиться, что диффузия протекает и в них.

           Впервые это удалось сделать в 1896 году английскому металлургу Робертсу-Аустену. Он прижал друг к другу золотой диск и свинцовый цилиндр и поместил их па 10 дней в печь, где поддерживалась температура 200 °С.  Когда печь открыли, разъединить диск и цилиндр оказалось невозможно. За счет диффузии золото и свинец буквально проросли друг в друга. Сегодня такая технология соединения деталёй хорошо известна и носит название диффузионной сварки.

Процессы диффузии имеют большое значение в природе:

• Питание, дыхание животных и растений;
• Проникновение кислорода из крови в ткани человека;
• Вследствие диффузии газов состав воздуха Земли однороден;
• На сахарных заводах из сахарной свеклы получают сахар.

В растительном мире роль диффузии также немаловажна.

Загрязнители проникают в те вещества, которые обеспечивают жизнедеятельность растений, животных, человека.

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.

Для деревьев наблюдается особенно большое развитие поверхности (листовая крона), так как диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет функцию не только дыхания, но частично и питания. В настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем опрыскивания их кроны.

Большую роль играют диффузионные процессы в снабжении кислородом природных водоемов и аквариумов. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за счет диффузии через их свободную поверхность. 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 её обитателей. По этой причине сосуды с узким горлом непригодны для использования в качестве аквариума.

В технике используют:

• 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).

Экология окружающей среды ухудшается за счёт выбросов в атмосферу, в воду химических и прочих вредных веществ, и это всё распространяется и загрязняет огромные территории.

Таким образом, диффузия имеет большое значение в природе, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды.                                          

3. Экспериментальная часть.

Простейший пример диффузии в газах — довольно быстрое распространение запахов даже в спокойном воздухе: аромат пролитых духов уже через несколько минут ощущается во всей комнате. Диффузию в газах можно наблюдать также на опыте с парами брома. Очень ярко  это явление происходит в воздухе:

• дым от костра 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 жидкости диффузия происходит гораздо медленнее.

Изучив литературные материалы по теме «Диффузия» мы поставили перед собой цель проанализировать скорость течения диффузии в веществах.

Исследования были проведены в кабинете физики МОУ СОШ №3 города Георгиевска под контролем учителя физики. Измерения выполнялись при различных температурах.  Для исследования мы взяли леденцы «Дюшес» красного цвета.

Диффузия в газах: Обертка с леденцов была снята у открытого окна. Температура воздуха на улице -13 °C. Запах мы почувствовали через 3 секунды. Закрыв окно мы сняли обертку снова с леденца. Запах распространился через 2,1 секунды.

 Диффузия в жидкостях: В 2 стакана налили воду: в один -  холодную воду, в другой – горячую равного объёма. Электронным термометром ТЭН-5 измерим начальную температуру холодной и горячей воды: tx = 19 °C, tг = 65,8 °C. Взяв леденцы красного цвета разложили в два тонкостенных стакана с водой. Объём воды в обоих стаканах равный. В этом эксперименте мы исключили объём. Изменяются три параметра: время, температура и высота столба окрашенной жидкости. Все эти величины мы измерили с учётом погрешности.

С теплой водой:

С холодной водой:

Диффузия в твердых веществах: Леденцы красного цвета мы извлекли из сосудов и разместили на бумаге. Измеряя окрашенную площадь вокруг леденцов мы получили:

Вывод:  Мы наблюдали процесс диффузии. Диффузия – временной процесс. Продолжительность диффузии зависит от температуры и рода вещества: чем выше температура, тем быстрее протекает процесс диффузии. В твёрдых веществах диффузия протекает медленнее, чем в жидкостях.

IV.Заключение

        Диффузия одно из разгаданных явлений природы. Человек давно научился применить ее в своих нуждах. Но совершенствованию предела нет.

Диффузия протекает во всех трех агрегатных состояниях вещества. В газах диффузия протекает быстрее, чем в жидкостях, а  в жидкостях быстрее, чем в твердых телах.

Явление диффузии широко применяется на производстве, в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений, в медицине , в полупроводниковом производстве (для создания микросхем).

Физика – это не страшно, физика – это интересно.

V. Список используемой литературы.

1. И.Г. Кириллова. Книга для чтения по физике. М. «Просвещение» 1986 г
2. А.В. Перышкин. Учебник по физике 7 класс. М. «Просвещение» 2005 г
3. В.А. Чуянов. Энциклопедический словарь юного физика. М. «Педагогика-Пресс»
4. Газета «Физика 1 Сентября» №5/2005г
5. Газета «Физика 1 Сентября» №18/2005г
6. Газета «Физика 1 Сентября» №23/2005г