«Исследование зависимости скорости диффузии от температуры»
многие природные явления связаны с процессами диффузии, о которой мы говорили недавно в школе. Но говорили так мало! Цели данной работы: 1. Расширить и углубить знания о диффузии. 2. Смоделировать отдельные диффузионные процессы опытным путем. 3. Доказать зависимость скорости диффузии от температуры
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 diffuziya_stupen19_kokoeva.doc | 404.5 КБ |
Предварительный просмотр:
XVI Региональный конкурс молодых исследователей «Ступень в науку»
Секция: физика
Тема: «Исследование зависимости скорости диффузии от температуры»
Автор работы:
Кокоева Кристина Аслановна,
7 класс
Место выполнения работы
МБОУ СОШ с. Новый Батако,
Правобережный район
Научный руководитель:
Кудухова Надежда Васильевна,
учитель физики
Владикавказ 2018 - 2019.
Содержание
I. Введение. ……………………………………………………………. 3
II. Скорость диффузии
III. Проектирование отдельных опытов по диффузии. ………………5-9
IV. Заключение. …………………………………………………............ 9
Библиографический список. ………………………………………..10
I. Введение.
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!
Цели работы:
- Расширить и углубить знания о диффузии.
- Смоделировать отдельные диффузионные процессы опытным путем.
- Доказать зависимость скорости диффузии от температуры
Для достижения целей я поставила перед собой задачи:
- Найти необходимый материал в литературе, Интернет-сети, изучить и проанализировать его.
- Узнать, в каких областях используется диффузия.
- Описать и спроектировать наиболее интересные опыты по данному явлению.
4. Спроектировать опыты, доказывающие зависимость скорости диффузии от температуры.
Методы, которые я использовала: анализ и синтез литературы, проектирование, моделирование.
Моя работа состоит из трёх частей; основная часть – из 7 глав. Мной были изучены и обработаны материалы 13 литературных источников, среди которых учебная, справочная, научная литература и Интернет-сайты/
Таким образом, диффузия или броуновское движение – это беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды; открыто Р. Броуном в 1827 г.
II. Скорость диффузии.
При движении частицы в веществе, она постоянно сталкивается с его молекулами. Это одна из причин, почему в обычных условиях диффузия идёт медленнее обычного движения. От чего же зависит скорость диффузии?
Во-первых, от среднего расстояния между столкновениями частиц, т.е. длины свободного пробега. Чем больше эта длина, тем быстрее частица проникает в вещество.
Во-вторых, на скорость влияет давление. Чем плотнее упаковка частиц в веществе, тем труднее частице-пришельцу проникнуть в такую упаковку.
В-третьих, большую роль оказывает на скорость диффузии молекулярная масса вещества. Чем крупнее мишень, тем вероятнее попадание, а после столкновения скорость всегда замедляется.
И, в-четвёртых, температура. С ростом температуры колебания частиц увеличиваются, растёт скорость молекул. Однако, скорость диффузии в тысячу раз медленнее скорости свободного движения.
Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. Скорость диффузии пропорциональна в связи с этим 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.
III. Проектирование отдельных экспериментов.
Используя научную литературу, я попыталася повторить наиболее интересные для меня опыты, которые подтверждают зависимость явления диффузии от температуры.
I эксперимент Изучение зависимости скорости протекания диффузии в воде с пакетиками чая от температуры. Цель: изучить, как температура воды влияет на скорость протекания диффузии. Приборы и материалы: термометры – 2 шт, часы – 1 шт, стаканы – 2шт, чай.
Описание опыта и полученные результаты: Взяла два сосуда с водой при t=24 °С и t=80 °С. На рисунках показано протекание эксперимента через определенное время от начала: в начале эксперимента - рис.1, через 30 мин. - рис.2. Из этого опыта можно сделать вывод о том, что на скорость протекания диффузии влияет температура: чем больше температура, тем выше скорость протекания диффузии.
Время: 12:00 12:20
Слева – горячая вода t = 80 C , Холодная вода t = 24 C - справа
II эксперимент Изучение зависимости скорости протекания диффузии в воде с медным купоросом от температуры. Цель: изучить, как температура воды влияет на скорость протекания диффузии. Приборы и материалы: термометры – 2 шт, часы – 1 шт, стаканы – 2шт, медный купорос, вода в стаканах при разной температуре Описание опытов и полученные результаты: Взяла два сосуда с водой при t=20 °С и t=85 °С. На рисунках показано протекание эксперимента через определенное время от начала: в начале эксперимента - рис.1, через 30 мин. - рис.2. Из этого опыта можно сделать еще раз вывод о том, что на скорость протекания диффузии влияет температура: чем больше температура, тем выше скорость протекания диффузии.
Растворение медного купороса в холодной и горячей воде.
Время: 14:00 14:30
Слева – горячая вода t = 85 C , Холодная вода t = 20 C - справа
Вывод: Диффузия протекает намного быстрее с повышением температуры.
III эксперимент Демонстрация явления диффузии на расстоянии.
Цель: показать, что явление диффузии протекает на расстоянии.
Приборы и материалы: стеклянный сосуд, ватка, нашатырный спирт, фенолфталеин. Описание опыта и полученные результаты: ватку, смоченную нашатырным спиртом, поместила на дно стеклянного сосуда, а смоченную фенолфталеином прикрепила к крышке и накрыли этой крышкой стеклянный сосуд. Через некоторое время ватка, смоченная фенолфталеином, начинает окрашиваться.
Ватка, смоченная фенолфталеином, окрашивается даже без соприкосновения. Почему? Ответ: непрерывное хаотическое движение частиц веществ.
IV эксперимент Демонстрация зависимости явления диффузии от температуры на расстоянии. Приборы и материалы: часы с секундной стрелкой, рулетку, флакон туалетной воды. Описание опыта: Взяли часы с секундной стрелкой, рулетку, флакон туалетной воды и встали в разные углы комнаты. Один засекает время и открывает флакон. Другой отмечает время, когда почувствует запах туалетной воды. Измерили расстояние между экспериментаторами, нашли скорость диффузии. Для точности опыт повторили 3 – 4 раза, и нашли среднее значение скорости. Расстояние между экспериментаторами 5 метров, то запах чувствуется через 4 минут при температуре 220С. Скорость диффузии - равна 1,25 м /мин. При температуре 300С при таком же расстоянии - 2 минут. Скорость диффузии в данном случае равна 2,5 м /мин. Еще раз подтвердили, что диффузия протекает на расстоянии и скорость протекания зависит от температуры.
Вывод: Явление диффузии протекает на расстоянии за счет теплового движения молекул.
V эксперимент Влияние различных веществ на поверхности воды на скорость диффузии
Цель: изучить, как различные вещества на поверхности воды влияют на скорость протекания диффузии.
Приборы и материалы: термометр, секундомер, блюдца с водой – 3 шт, бензин, растительное масло, марганцовокислый калий KMnO4.
В три блюдца я налила воду одинаковой массы и одинаковой температуры (35 градусов), затем в первое блюдце добавила бензин (5 мл), во второе – растительное масло (5 мл), в третьем вода оставалась чистой. Отметила время начала эксперимента и через каждые 10 минут снимала показания термометров, помещенных во все жидкости.
Все результаты наблюдений заношу в таблицу
время | Температура чистой воды, t0 С | Температура воды с бензином, t0С | Температура воды с растительным маслом, t0С |
1510 | 35 | 35 | 35 |
1520 | 31 | 32 | 33 |
1530 | 27 | 28 | 30 |
1540 | 24 | 26 | 28 |
1550 | 21 | 22 | 25 |
Построила график зависимости изменения температуры растворов от времени в каждом блюдце
При испарении из воды вылетают отдельные молекулы. Так как вода, покрытая пленкой бензина, и растительного масла, остывает медленнее, то можно говорить о том, что и молекулам кислорода труднее покинуть воду.
Вывод: при наличии различных веществ на поверхности воды - процесс диффузии происходит медленнее. Так в окружающей природе разлитая нефть нарушает процессы диффузии и может привести к нежелательным экологическим последствиям.
VI эксперимент Определение зависимости скорости диффузии от температуры в жидкости Приборы и материалы: сосуд с водой объемом 1 л., 5 мл шприц, 5 мл подкрашенной жидкости, термометр, секундомер.
Описание работы: Сначала я взяла сосуд с охлажденной водой. Начальная температура воды 100 С. Аккуратно при помощи шприца, держа его вертикально, ввела краситель (подкрашенную воду) такой же температуры. Засекла время до полного смешивания жидкостей. В последующих опытах температуру жидкостей повышала на 100С. Скорость диффузии вычислялась из отношения пройденного пути подкрашенной жидкости ко времени, за которое этот путь пройден: v = S/t.
За путь был взят диаметр сосуда. S –диаметр сосуда, t – время, за которое молекулы перемешиваются на этом пути. Таким образом, я вычислила скорость диффузии. Полученные результаты занесла в таблицу:
№ опыта | Объем сосуда, л | Объем подкрашенного вещества, мл | Объем красящего вещества, мл | D диаметр сосуда, см | T0С воды | T0С подкрашенной воды | T за которое смешиваются молекулы, секунда | V скорость диффузии см/с | ||
1 | 1 | 5 | 0,5 | 9 | 10 | 10 | 34 | 0,26 | ||
2 | 1 | 5 | 0,5 | 9 | 20 | 20 | 19 | 0,48 | ||
3 | 1 | 5 | 0,5 | 9 | 30 | 30 | 13,3 | 0,68 | ||
4 | 1 | 5 | 0,5 | 9 | 40 | 40 | 7,8 | 1,15 | ||
5 | 1 | 5 | 0,5 | 9 | 50 | 50 | 5,1 | 1,8 | ||
6 | 1 | 5 | 0,5 | 9 | 60 | 60 | 3,6 | 2,5 | ||
7 | 1 | 5 | 0,5 | 9 | 70 | 70 | 2,4 | 3,75 | ||
Вывод: С повышением температуры скорость диффузии в жидкости увеличивается.
- Заключение
Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод, что поставленные мною цели и задачи были решены. Я узнала очень много нового о диффузии, провела интересные эксперименты, которые подтверждают наличие диффузии и зависимость скорости ее протекания от состояния вещества, от температуры. Я сделала вывод о том, что диффузия играет огромную роль в жизни человека и животных. Зависимость явления диффузии от температуры широко используется в медицине.
Библиографический список
- Перышкин А.В. Физика. 7. М. Дрофа, 2016.
- Физический энциклопедический словарь, М., 1983, с. 174-175, 652, 754
- Шабловский В. Занимательная физика. С-Петербург, «тригон» 1997, с.416
- xttp//bio. fizten/ru./
- xttp//markiv. narod.ru./
- «http://ru.wikipedia.org/wiki/
Афонькин С. Ю. Приключения в капле воды
Мост Леонардо
Вода может клеить?
Цветущая сакура
Калитка в сад