Исследовательская работа «Диффузия вокруг нас».

МБОУ «Псковская общеобразовательная школа – интернат»

Исследовательская работа

«Диффузия вокруг нас».

Работу выполнила: Дмитриева Екатерина

ученица 7 «а» класса

                                                                     Руководитель: Истомина Е.А.

учитель физики .

                                                            г. Псков

2015г.

Оглавление

 Введение

1.  Явление диффузии.
2. Виды диффузии.

1. Диффузия в газах.
2. Диффузия в жидкостях.
3. Диффузия в твёрдых телах.

3. Примеры проявления диффузии в природе и технике.

1. Диффузия в растительном и животном мире.
2. Роль диффузии в пищеварении и дыхании человека.
3. Диффузия и техника.
4. Вред диффузии.

4. Заключение
5. Используемая литература.

Введение

Явление диффузии мы наблюдаем  каждый день,  когда подходим к школьной столовой и  слышим приятные ароматы готовых блюд, когда наливаем заварку в кипяток или смешиваем краски на уроке изобразительного искусства,  и  даже когда что-то сгорает у хозяйки на плите, и запах чувствуется повсюду, причиной всему –диффузия. В морях и океанах, на производстве и в атмосфере- везде можно наблюдать это явление. Человеку нужны знания о диффузии, чтобы делать новые открытия и изобретения.

Актуальность  работы заключается  в том, что изучение  влияния  диффузии  на жизнедеятельность растений, животных  и  человека позволит расширить  наши знания о живой природе, покажет тесную связь таких наук, как физика, биология, экология, медицина. Меня заинтересовала эта тема и я решила узнать больше об этом явлении.

Объект исследования – окружающая среда и человек 

Предмет исследования – явление диффузии

Цель: расширить знания о диффузии, рассмотреть связь  диффузии с окружающей природой и  жизнью человека, доказать  значимость этого явления, обобщить полученные знания и сделать выводы.

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 литературы по данной теме 2.Анализ  и  обработка материала о значимости явления  диффузии 3. Экспериментально – практический.

1. Явление  диффузии. 

Диффузия  (от лат. Diffusio — распространение, растекание, рассеивание) - это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, приводящее к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. В русском языке можно найти пословицы, которые отражают суть этого явления.

1. Ложка дёгтя в бочке мёда.

2  Нарезанный лук пахнет и жжёт глаза сильнее

3. Овощной лавке вывеска не нужна.

4   Волка нюх кормит

Явление диффузии можно объяснить на основе молекулярно – кинетической теории, а именно: все вещества состоят из мельчайших частиц, между частицами существуют промежутки и частицы находятся в движении. Для того, чтобы произошла диффузия между веществами, необходимо их тесное соприкосновение.

Чтобы разобраться в сути этого явления, я провела несколько нехитрых экспериментов.

2. Виды диффузии.

 Частицы, из которых состоит вещество движутся  и  в газах,  и  в жидкостях,  и  в твердых телах, поэтому во всех этих веществах возможна  диффузия.   Однако скорость протекания данного явления для них различна. Для подтверждения данного факта был проведен эксперимент.

 Эксперимент №1. 

Одновременно с помощниками мы совершили три действия: разрезали лимон, опустили в стакан с водой  пакетик чая  и  на срез сырой картофелины насыпали несколько кристалликов марганцовки.

Цель: Установить, как зависит скорость диффузии от рода вещества.

В результате наблюдений было установлено, что запах лимона 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.

Эксперимент №2.

Наблюдение диффузии в воде и влияние температуры на скорость движения молекул.

Цель: Выяснить, что скорость диффузии зависит от температуры смешиваемых веществ?

Приборы и материалы: Два стакана с водой; два пакетика с чаем.

Выполнение работы:  Налила в оба стакана до половины воду.

Опустила в оба стакана по пакетику чая. Один оставила в комнате, другой поставила в холодильник.

В результате наблюдений сделала вывод, что процесс  диффузии  ускоряется с повышением температуры, так как увеличивается скорость движения молекул.

Эксперимент №3.Мы рассчитали, с какой скоростью распространяется запах духов в классной комнате. Расстояние между учениками, проводившими эксперимент 4 м. Зафиксировали с помощью секундомера время, за которое запах духов распространится на данное расстояние – 5 с. Скорость равна 0,8 м/с.

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  на своем пути сталкиваются с молекулами газов, которые входят в состав воздуха. Они постоянно меняют направление движения  и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате.

3. Проявления  диффузии в природе и технике.

3.1. Диффузия в растительном и животном мире.

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. Согласно законам физики под действием силы тяжести более тяжёлый газ, такой как углекислый находился бы в нижних слоях атмосферы, над ним кислород, а более лёгкий азот был бы вверху, но благодаря диффузии, которая позволяет газам смешиваться, состав воздуха остаётся однородным. В животном мире также не обойтись без диффузии, и здесь её роль не только в физиологических процессах живых организмов, таких как регулирование солевого баланса, но и в добыче пищи. Акулы, например, чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров, так же как и рыбы пираньи. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

 В растительном мире также велика роль  диффузии . С помощью диффузии растения поглощают кислород и выделяют углекислый газ.  Большое развитие листовой кроны деревьев объясняется тем, что диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично  и  питания.  Благодаря  диффузии  растение получает  минеральные вещества  и  воду из почвы, а в  настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых  деревьев путем  опрыскивания их кроны.

В результате диффузии происходит смешивание пресной воды с солёной при впадении рек в моря.  Поговорим о живых организмах, которые населяют водоёмы, им  необходим кислород, а он попадает в нижние слои воды в стоячих водоёмах за счёт диффузии и очень важно, чтобы поверхность водоёмов была свободной от примесей. 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 (40 градуса), затем в одну тарелку был налит бензин (5 мл), во вторую – растительное масло (5 мл), в третьей 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.

Температура жидкостей понижается, так как при испарении из воды вылетают отдельные молекулы, но из таблицы мы видим, что  вода, покрытая пленкой бензина,   и  растительного масла, остывает медленнее, поэтому молекулам кислорода труднее проникнуть в воду: рыбы  и  другие водные обитатели могут из-за этого  испытывать  недостаток кислорода, что может привести к их  гибели.  Таким  образом, наличие различных веществ на поверхности воды нарушает процессы  диффузии   и  может привести к нежелательным экологическим последствиям.

3.2. Роль диффузии в пищеварении и дыхании человека.

Рассмотрим как процесс диффузии регулирует пищеварение и дыхание человека.

Наибольшее всасывание питательных веществ  происходит в тонких кишках,

Стенки, которых специально для этого приспособлены. Площадь внутренней

поверхности кишечника человека равна 0,65м2. Она покрыта ворсинками –

микроскопическими образованиями слизистой оболочки высотой 0,2-1мм, за счет

чего площадь реальной поверхности кишечника достигает 4-5 м2, т.е. достигает в

2-3 раза больше площади поверхности всего тела. Процесс всасывания

питательных веществ в кишечнике возможен благодаря диффузии.

Дыхание – перенос кислорода из окружающей среды внутрь организма сквозь него

покровы – происходит тем быстрее, чем больше площадь поверхности тела.

 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.

Вывод. Таким образом, диффузия имеет большое значение в процессах

жизнедеятельности человека, животных и растений. Благодаря диффузии

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

В медицине есть метод лечения – физиотерапия, который основан на явлении диффузии. При заболевании ОРВИ, ОРЗ наряду с лекарственными препаратами больным назначают физиотерапевтические процедуры, такие как тубосное облучение ротовой полости ультрафиолетовыми лучами, различные ингаляции.  Процесс  излечений ускоряет процесс лечения и повышает иммунитет.

3.3.Диффузия и техника.

Диффузия находит широкое применение в промышленности и повседневной жизни. На явлении диффузии основана диффузионная сварка металлов. Для извлечения растворимых веществ из твердого измельченного материала применяют диффузионный аппарат. Такие аппараты распространены главным образом в свеклосахарном производстве, где их используют для получения сахарного сока из свекловичной стружки, нагреваемой вместе с водой, для дубления кожи и меха, для крашения волокон ткани. Для повышения твердости и жаростойкости стальных деталей применяют цементацию. Она заключается в том, что стальные детали помещают в ящик с графитовым порошком, который устанавливают в термической печи. Атомы углерода вследствие диффузии проникают в поверхностный слой деталей. Глубина проникновения зависит от температуры и времени выдержки деталей в термической печи.

3.4.Вред диффузии.

Но, не всегда диффузия благо для человека. Порою,  диффузия бывает вредным и даже опасным явлением. Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому трудно сразу заметить его утечку. А при утечке за счѐт диффузии газ распространяется по всему помещению. Между тем при определѐнном соотношении газа с воздухом в закрытом помещении образуется смесь, которая может взорваться, например, от зажжѐнной спички. Газ может вызвать и отравление людей. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. В настоящее время общее количество эмиссии газов в атмосферу превышает 40 миллиардов тонн в год. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов.  Загрязнение водоѐмов 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 вводе, что плохо для водных организмов.

Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб устанавливают специальные фильтры. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, навоз, различного рода химикаты.

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.

Физиотерапия применяется как самостоятельно, так и в совокупности с другими методами лечения.

Наблюдения проводились совместно с физиотерапевтическим кабинетом Алексеевской  амбулаторией. При заболевании ОРВИ для лечения, кроме лекарственных  препаратов,  используется УВЧ  (ультравысокочастотная терапия)  и ТУФО (тубосное облучение ротовой полости ультрафиолетовыми лучами).

Наблюдения проводили  с учащимися 7а, 7б, 8а и 8б классов (с сентября по декабрь).

Цель: Установить закономерность длительности лечения больных с применением физлечения и без него.

Вывод: Применение физлечений ускоряют процесс лечения и повышают иммунитет.

4.Заключение 

На основе  проделанной работы можно сделать вывод, что диффузия  играет огромную роль в жизни человека и животных, без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна. Но поскольку это явление наряду с положительной стороной, несёт некий вред природе, то нам людям надо бороться с проблемами окружающей среды и беречь природу, прививать любовь к ней с юных лет.

5.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, 2012. – 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. Энциклопедия для детей.Т.19. Экология: В 33 т./ Гл. ред. Володин В. А. – М.: Аванта +, 2004 – 448 с.

6. http://www.Wikipedia.org