V Межрегиональные Мартыновские чтения
Направление- исследовательская работа
«В мире физико- математических наук»
ТАИНСТВЕННАЯ ДИФФУЗИЯ
Агеева Ульяна
Ученица 2 «А»
МБОУ-СОШ №1
р.п.Степное
Советского района
Саратовской области
Руководитель:
Агеева Вероника Геннадиевна
Содержание
| Цель и задачи работы: | Стр 3 |
| Актуальность | Стр 3 |
| Введение | Стр 4 |
| Основная часть Явление диффузии- теория. | Стр 4 |
| Явление диффузии- практика. | Стр 5 |
| Опыт –диффузия в жидкости | Стр 5 |
| Опыт с растворением окрашенных конфет | Стр 5 |
| Опыт - диффузия в газах. | Стр 6 |
| Опыт с газами, находящимися под давлением | Стр 7 |
| Опыты с марганцем (проникновение в зависимости от плотности) | Стр 8 |
| Диффузия и безопасность | Стр 10 |
| Занимательная диффузия: Задача Григория Остера Коля и Витя Колобок | Стр 11 |
| Заключение | Стр 13 |
| Литература | Стр 14 |
ВВЕДЕНИЕ
Цель работы:
ü Рассмотреть явление диффузии
Задачи:
ü доказать, что диффузия зависит от температуры;
ü рассмотреть примеры диффузии в домашних опытах;
ü убедиться, что диффузия в разных веществах происходит по- разному.
Актуальность:; диффузия имеет большое значение в жизни человека, животных и растений, а также в технике
Я очень люблю купаться с гелем для душа. А ещё я люблю задавать вопросы. И однажды я задумалась:
ü Почему гель в воде растворяется?
ü Почему запах геля не исчезает даже после купания?
Я задала эти вопросы своему тьютору Валерии, а она произнесла таинственное слово: «ДИФФУЗИЯ» Я тут же принялась искать ответ на новый вопрос: что же это такое? За ответом мы обратились за помощью к учителю физики (не зря же мы в этом году на занятиях кружка стали с физикой знакомиться). Вот что мы с Валерией услышали.
|
|
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
ЯВЛЕНИЕ ДИФФУЗИИ- ТЕОРИЯ.
Диффузия - это самопроизвольное перемешивание соприкасающихся веществ, происходящее вследствие хаотического (беспорядочного)движения молекул.
Ещё одно определение: диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.
Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной).
Диффузия происходит в жидкостях, твердых телах и газах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения. столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твердого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896г. началось изучение проблемы.
Английский металлург Вильям Робертс –Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 2000С, и держал его в печи 10 дней. Оказалось, что к«чистому концу» через весь цилиндр прошло вполне измеримое количество золота. Это еще раз доказывает. что скорость диффузии очень быстро возрастает с повышением температуры. Например, цинк диффундирует в медь при 3000С почти в 100 миллионов раз быстрее, чем при комнатной температуре.
|
|
Диффузия молекул протекает очень медленно. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным.
ЯВЛЕНИЕ ДИФФУЗИИ- ПРАКТИКА.
Физическое объяснение мы нашли. Я поняла, что диффузия прослеживается во многих домашних процессах:
а)засолка овощей;
б)получение сахара;
в)варка варенья;
г) окрашивание тканей;
д)стирка вещей и т.д.
И тут же, как обычно, решила познакомиться с тайной поближе. Ведь каждый ребёнок знает: чтобы понять, надо «потрогать». Могу ли я «потрогать» диффузию?
Чтобы попытаться найти ответы на мои вопросы, приступила к этапу второму. От теории я перешла к практике, то есть к опытам.
Купаюсь я в тёплой воде. Гель для душа растворяется в ней довольно быстро. Интересно:
Зависит ли диффузия от температуры?
Опыт –диффузия в жидкости
Была исследована скорость растворения кофе и сахара в воде различной температуры
При проведении опыта были использованы два стакана- с холодной и горячей водой. При заваривании было выяснено, что в стакане с горячей водой процесс растворения происходил быстрее.
Опыт с растворением окрашенных конфет
Вместе мы провели следующий опыт. В ёмкость с холодной водой были помещены 4 конфеты различной окраски. Мы засекли время. Только через 7 минут жидкость начала окрашиваться
|
|
.
Далее в такой же ёмкости мы снова разложили конфеты, и добавили горячую воду. Явление диффузии проявилось через 1,5 минуты.
Вывод: явление диффузии зависит от температуры, при высокой температуре оно проявляется быстрее.
Опыт - диффузия в газах.
С диффузионными процессами в жидкостях я разобралась. А как насчёт запахов, то есть газов?
Когда я на кухне режу лук, готовлю ужин, варю обед или готовлю маринад для заливки овощей (я очень люблю готовить!), ароматы из кухни распространяются по всей квартире. Это тоже благодаря диффузии
газов- запахов.
. 
Запахи? Я люблю запахи!
Опыт с газами, находящимися под давлением
Я исследовала зависимость скорости распространения аромата в комнате от температуры:
из одной комнаты в другую аромат освежителя воздуха распространился за 20,53 сек;
затем я разбрызгала освежитель около настольной лампы, время - 14,03 сек.
Вывод: Скорость диффузии повышается с температурой, так как при нагревании увеличивается скорость движения молекул.
А ещё именно запах привлекает насекомых- так они помогают опылению растений. (Я люблю запахи растений. Может, я насекомое? Надо подумать на досуге)
Опыты с марганцем (проникновение в зависимости от плотности)
Были использованы яблоки разных сортов:«Грей»(2), «Антоновка»(1), «Джонатан»(3).
У яблок сорта «Антоновка»(1) проникновение марганца было медленнее. Этот сорт яблок – зимний, возможно он менее сочный, а их структура более плотная.
Для проведения следующего опыта использованы следующие овощи: репа, морковь, кабачок, картофель.
Через три часа было обнаружено, что проникновение марганца в кабачке, картофеле было больше, чем в репе и моркови. Репа и морковь имеют структуру более плотную, и глубина проникновения частиц марганца была меньше.
Вывод: Скорость диффузии зависит от плотности соприкасающихся материалов.
— Учёные заметили закон,
Что если рядом близко два металла,
То через время, с каждой из сторон,
Молекулы пойдут друг к другу. И немало...
А если компоненты послабей,
Молекулы идут ещё смелей...
Именно поэтому нам так легко работать с пластилином.
ДИФФУЗИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ
Горючий газ-пропан, которым мы пользуемся дома для приготовления пищи, не имеет цвета. Поэтому трудно было бы сразу заметить утечку газа. А при утечке, засчёт диффузии, газ распространяется по всему помещению, и мы ощущаем его распространение по запаху. Между тем, при определённом соотношении газа с воздухом в закрытом помещении образуется смесь, которая может взорваться. Например, от зажжённой спички. Газ может вызвать и отравление людей.
Внимание, будьте осторожны, и непременно запомните номер газовой службы 04!
Когда лучи солнца попадают в комнату, можно наблюдать своеобразный «танец пылинок».
По этому поводу Лукреций Кар писал:
Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает
В наши жилища, и мрак прорезает своими лучами,
Множество тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,
Мечутся взад и вперёд в лучистом сиянии света.
Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах,
В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя …
В комнатных пылинках, благодаря диффузии, содержатся частички плесени, молекулы тяжёлых металлов, которые содержатся в мебели, отделочных материалах и других квартирных «благах цивилизации».
С лёгкостью справляются с токсическими веществами, растворенными в воздухе комнат, комнатные цветы: нефролепис, диффенбахия, молочай, плющ, пеларгония, сансевьера и т. д. И всё это происходит благодаря диффузии.
Всем известный столетник (алоэ) способен снизить количество вредных микробов в 4 раза, а кактус- опунция в 6-7 раз уменьшает численность плесневых грибов в воздухе.
Табачный дым, покрытия из линолеума приносят вред нашему здоровью. Комнатные растения (фикус Бенджамина, традесканция, хлорофитум) могут поглощать и разлагать токсические вещества.
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ДИФФУЗИЯ.
Явление диффузии можно проследить не только в учебниках. Так ка я учусь пока во 2 классе, эта сторона вопроса меня тоже заинтересовала. Мы с Валерией нашли несколько интересных сайтов, на которых раскрывались вопросы физики для малышей. Они помогли нам рассказать моим одноклассникам о диффузии.
Задача Григория Остера
Четырехлетняя Маша подкралась у мамы за спиной к зеркалу и, действуя совершенно бесшумно, вылила себе на голову три флакона французских духов.
КАК МАМА, СИДЯ К МАШЕ СПИНОЙ, ДОГАДАЛАСЬ С СЛУЧИВШЕМСЯ?
Коля и Витя
Встретились однажды два друга-ученика 2 «А» - Коля и Витя. Давно они не виделись.
-А я уже физику знаю, - хвалится Коля.
-И я тоже знаю, - говорит Витя. И стали они друг перед другом своими знаниями хвастаться. Коля:
-Я знаю, что мельчайшая частица вещества- это молекула ".
Витя:
-Подумаешь! Зато я знаю, что все молекулы состоят из атомов.
Коля:
-А ты знаешь, что молекулы можно увидеть в микроскоп?
Витя:
-А вот ты, Коля, знаешь, что чем меньше скорость движения молекул, тем выше температура данного тел а?
Коля:
-Ещё бы не знать! Это каждому известно! А ты слышал, что вещества могут находиться в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном?
Витя:
-Конечно, слышал! Я даже знаю их свойства. Жидкости сохраняют форму, но меняют объём, а твердые тела не сохраняют ни формы, ни объёма. Газы меняют форму и объём ".
Коля:
-Ну, тогда ответь на мой вопрос: одинаково ли быстро протекает диффузия в газах, жидкостях и твердых телах?
Витя:
Одинаково. На то она, брат, и диффузия.
ПРАВ ЛИ ВИТЯ?
Колобок.
Существовали старик со старухой.
Вот и акустически модулирует старик старухе:
- Переместись-ка, старуха, по зернохранилищу поскреби, по элеватору помети, не наскребешь ли муки на тороид или эллипсоид.
Взяла старуха вакуумный насос, по зернохранилищу поскребла, по элеватору помела и наскребла муки сто кубических сантиметров.
Создала коллоидную смесь муки и сметаны, сформовала колобок сферической формы, термически обработала в ненасыщенных жирных кислотах и на окошко положила. На закал.
Колобок попокоился, попокоился, взял да и пришел в движение: с окна на лавку, с лавки на пол, пó полу к двери, прыг через порог - да в сени, из сеней на крыльцо, с крыльца на двор, со двора за ворота, экспоненциально возрастает пройденный путь.
Перемещается Колобок по дороге, навстречу ему Заяц:
- Колобок, Колобок, я тебя абсорбирую!
- Не абсорбируй меня, Заяц, я тебе первый закон Ньютона доложу:
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго.
И равноускоренно покатился по дороге — только Заяц его и наблюдал!
Перемещается Колобок, навстречу ему Волк:
- Колобок, Колобок, я тебя абсорбирую!
- Не абсорбируй меня, Серый Волк, я тебе второй закон Ньютона открою:
В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.
И набрал кинетическую энергию - только Волк черенковское излучение и уловил!
Движется равномерно Колобок, навстречу ему Медведь:
- Колобок, Колобок, я тебя абсорбирую!
- Где тебе, косолапому, абсорбировать меня! Вот тебе третий закон Ньютона, подумай над ним:
Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.
И опять начал менять положение в пространстве - только Медведь его уравнение движения и интегрировал!
Релоцируется Колобок, навстречу ему Лиса:
- Колобок, Колобок, скажи конечную точку своей траектории?
- По антиградиенту геопотенциала перемещаюсь, не видишь что ли.
- Колобок, Колобок, расскажи мне про диффузию!
Колобок и запел:
Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи, однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность, вязкое трение и т. п.
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.
А Лиса говорит:
- Ах, песенка хороша, да органы слуха деградировали. Колобок, Колобок, переместись ко мне на носок да спой еще разок, погромче.
Колобок сменил координаты в соответствии с условиями задачи и запел погромче ту же песенку.
А Лиса опять ему:
- Колобок, Колобок, сядь ко мне на язычок да пропой в последний разок.
Колобок прыг Лисе на язык, а Лиса его - гам! - и абсорбировала.
Источник: https://hyaenidae.narod.ru/story1/032.html
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При диффузии частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами другого вещества, и вещества перемешиваются. Вот почему гель так легко растворяется в моей ванне, а волосы долго сохраняют его запах!
Опытным путём я поняла, что скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.
Диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений.
И-да! –я не насекомое. Они- то точно не смогут рассказать своим друзьям о явлении диффузии! А почему людям нравятся или неприятны запахи- это уже биологическое исследование. Думаю, этим я тоже займусь.
У вас букет! И в комнате приятно,
Свеча горит - и тоже ароматно...
Диффузия работает и тут,
Молекулы цветов по комнате плывут!
Литература
И.Г. Кириллова. Книга для чтения по физике. М. «Просвещение» 1986 г
А.В. Перышкин. Учебник по физике 7 класс. М. «Просвещение» 2005 г
В.А. Чуянов. Энциклопедический словарь юного физика. М. «Педагогика-Пресс»
Газета «Физика 1 Сентября» №5/2005г
Газета «Физика 1 Сентября» №18/2005г
Газета «Физика 1 Сентября» №23/2005г