Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение
«Битковская средняя общеобразовательная школа»
Секция «Физико-математическая»
Диффузия в жизни человека
Выполнила : Аникеева Валерия
Руководитель:
Каратаева Надежда Николаевна
учитель физики
с. Битки
2015 год
Содержание
I | Введение |
II | Основная часть |
§ 1. Теоретическая часть. | |
§ 2. Исследование скорости диффузии в газах | |
§ 3. Исследование скорости диффузии в различных | |
§ 4. Исследование зависимости скорости диффузии от | |
§ 5. Исследование диффузии жидкости от плотности вещества | |
§ 6. Исследование примеров проявления диффузии в различных сферах жизни: | |
6.1 Диффузия в медицине. | |
6.2 Диффузия в школьной столовой. | |
6.3 Диффузия в природе. | |
6.4 Диффузия в промышленности и технике. | |
III | Заключение |
Список литературы | |
Приложение |
I Введение
Мы живем в мире запахов и красок. Все, что нас окружает – это физические тела и физические явления. Главная задача физики - познать законы природы и поставить их, на службу человека. Запахи ощущает каждый человек. По запаху мы можем определить, где находимся, что происходит вокруг нас. Распространение запахов можно объяснить физическим явлением – диффузией. Оказывается, диффузия наблюдается во всех агрегатных состояниях веществах. В одних телах она протекает быстрее, в других медленнее. Мы захотели узнать подробнее о явлении диффузия, рассмотреть в каких сферах деятельности человека она нашла практическое применение.
Актуальность:мы считаем свою работу актуальной, так как она повышает интерес к изучению физики и доступна людям разных возрастов, даже не обладающих большими знаниями в области технических наук. Своей работой хотим вызвать интерес у молодого поколения к исследованию, доказать, что без физики никуда - она повсюду вокруг нас.
Гипотеза исследования:в различных агрегатных состояниях вещества диффузия разная, а в разных газах, жидкостях скорость диффузии тоже разная? Как на скорость диффузии влияет температура.
Цель работы:Изучить явление диффузии, определить место и значение ее в жизни живой и неживой природы.
Задачи работы:
Практическая значимость заключается в том, что исследуемый материал может быть использован как на уроках, так и на внеклассных мероприятиях.
Научная значимость: изучение явления диффузии поможет сформировать познавательный интерес к изучению физики, развить творческие и изобретательские способности.
Программа проведения исследования:
Изучить литературу по данной теме. Провести ряд исследований с использованием лабораторного оборудования. Проанализировать полученные результаты, сделать соответствующие выводы. Наметить пути решения данной проблемы. Найти примеры практического применения явлений диффузии в сфере человека.Методы исследований:
изучение литературы; эксперимент; наблюдение; теоретический анализ; сравнение; обобщение.Руководитель проекта– , учитель физики.
Участники проекта – ученица 7 класса
Состав проектной группы:
Аникеева ВалерияОбъект исследования: диффузия, как физическое явление.
Предмет исследования: зависимость физических параметров диффузии в различных агрегатных состояниях вещества.
II Основная часть
§ 1. Теоретическая часть.
Из курса физики мы уже знаем, что диффузия – это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.
Диффузия может протекать в твёрдых телах, газах и жидкостях.
При изучении этого явления нам рассказали, что в разных агрегатных веществах диффузия протекает по – разному. То, что это зависит от строения вещества мы уже знали, но захотели подробнее разобраться, а еще от каких физических параметров это зависит.
Решили заглянуть на страницы Интернета и узнать по - больше об этом явлении.
Оказывается, диффузия - (от латинского diffusion – распространение, растекание), взаимное соприкосновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения частиц вещества. [1]
В газах диффузия происходит быстро. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, так как при столкновениях она меняет направление и скорость движения. Поэтому диффузионное проникновение значительно медленнее свободного движения.
В жидкостях, в соответствии с характером теплового движения молекул, диффузия осуществляется перескоками молекул из одного устойчивого положения в другое. Каждый скачок происходит при сообщении молекуле энергии, достаточное для разрыва её связей с соседними молекулами и перехода в окружении других молекул (в новое энергически выгодное положении).
В твёрдом теле могут действовать несколько механизмов диффузии: обмен местами атомов с вакансиями, перемещение атомов по междоузлиям, одновременное циклическое перемещение нескольких атомов, прямой обмен местами двух соседних атомов и т. д. Первый механизм преобладает, например, при образовании твердых растворов замещения, второй – твердых растворов внедрения.[2]
Значит, диффузия будет протекать быстрее, при нагревании, деформациях и других воздействиях.
В доказательство этому мы решили провести ряд исследований.
§ 2. Исследование скорости диффузии в газах
Исследование №1 (Приложение 1)
Определение скорости диффузии в газах
Цель: Определить скорость диффузии различных пахучих веществ и сравнить их.
Оборудование: Метровая линейка, секундомер, набор пахучих веществ (спирт нашатырный, нашатырно-анисовые капли).
Ход работы:
№ п/п | S, м | t, с | V, м/с | Vср, м/с | |
Спирт нашатырный | 1 | 0,55 | 4,4 | 0,125 | 0,130 |
2 | 0,45 | 4,0 | 0,113 | ||
3 | 0,30 | 2,0 | 0,150 | ||
Нашатырно-анисовые капли | 1 | 0,55 | 43 | 0,01 | 0,01 |
2 | 0,65 | 58 | 0,01 | ||
3 | 0,50 | 40 | 0,01 |
Вывод: Скорости распространения газообразных веществ разная, потому что молекулы разных газов имеют разную массу, размеры и свободную длину пробега.
На этом мы не остановились
§ 3. Исследование скорости диффузии в различных
жидкостях
Исследование №2 (Приложение 2)
Исследование скорости диффузии в различных жидкостях.
Цель: определить скорость диффузии в жидкости различных веществ и сравнить их.
Оборудование и материалы:линейка, секундомер, стеклопосуда, калий перманганат, акварельная краска, вода, весы.
Условия: температура воды одинаковая, масса веществ одинаковая, одинаковый объем воды.
Ход работы:
№ п/п | t, мин | S, см | V, см/мин | Vср, см/мин | |
Перманганат калия | 1 | 5 | 9 | 1,8 | 0,1 |
2 | 5 | 8,7 | 1,74 | ||
3 | 5 | 9,5 | 1,9 | ||
Акварельная краска | 1 | 5 | 3 | 0,6 | 0,04 |
2 | 5 | 2,8 | 0,56 | ||
3 | 5 | 3,4 | 0,68 |
Вывод: Молекулы различных веществ имеют разную скорость диффузии. Молекулы перманганата калия движутся быстрее, чем молекулы акварельной краски.
Мы продолжили исследования.
§ 4. Исследование зависимости скорости диффузии от
температуры.
Исследование №3 (Приложение 3)
Исследование зависимости скорости диффузии от температуры.
Цель: исследовать зависимость скорости диффузии от температуры.
Оборудование и материалы: термометр, линейка, секундомер, стеклопосуда, калий перманганат, вода, весы.
Условия: объем воды одинаковый, масса калия перманганата одинаковая, температура воды разная.
Ход работы:
1. Измерить температуру воды в сосудах.
2. В сосуды добавить определенную массу исследуемого вещества.
2. Через 4 минут измерить расстояние взаимного проникновения вещества в воду.
3. Данные исследований занести в таблицу.
4. Рассчитать скорость распространения диффузии в жидкости.
5. Данные расчета занести в таблицу.
6. Сделать вывод.
№ п/п | t,0С | S, см | t, мин | V см/мин |
1 | 17 | 3 | 4 | 0,75 |
2 | 40 | 4,7 | 4 | 1,2 |
3 | 80 | 8 | 4 | 2 |
Вывод: чем выше температура, тем больше скорость диффузии.
§ 5. Исследование диффузии жидкости от плотности вещества
Исследование №4 (Приложение 4)
Исследование диффузии жидкости от плотности вещества. Цель: исследовать зависимость диффузии от плотности вещества.
Оборудование и материалы: стеклопосуда, калий перманганат, раствор соли (NaCl), подсолнечное масло, вода.
Условия: температура одинаковая, масса калия перманганата одинаковая, объем жидкостей одинаковый.
Ход опыта:
Вывод: скорость протекания диффузии зависит от плотности жидкости. В растворе соли она протекает быстрее, в воде медленнее, а в подсолнечном масле очень медленно.
После того как мы провели свои исследования у нас возник вопрос: в каких сферах жизнедеятельности проявляется диффузия?
Для ответа на этот вопрос мы зашли на страницы Интернета. Вот, что мы нашли.
§ 6. Исследование примеров проявления диффузии в различных сферах жизни
6.1 Диффузия в медицине.
1) При инъекции лекарственные препараты смешиваются с кровью и разносятся по всему организму;
6.2 Диффузия на кухне.
1) Распространение запахов;
2) Разделочные доски покрываются плёнкой, краской, лаком, чтобы избежать диффузии молекул продуктов с молекулами доски;
3) Мытьё посуды (ополаскивание посуды для избегания запаха дезинфицирующим средством);
4) Приготовление сиропов, компотов, рассолов (соль, сахар лучше бросать в горячую воду);
5) Приготовление блюд (смешивание продуктов, сочетаемые и не сочетаемые продукты);
6) Засолка, маринование продуктов в горячем рассоле происходит быстрее;
7) Использование специй и приправ и их хранение. [1]
6.3 Диффузия в природе.
1)Дыхание – диффузия кислорода из окружающей среды внутрь организма сквозь его покровы – происходит тем быстрее, чем больше поверхность соприкосновения тела и окружающей среды, и тем медленнее, чем толще и плотнее покровы тела. Отсюда понятно, что малые организмы, у которых размеры поверхности велики сравнительно с объёмом тела, могут обходиться вовсе без специальных органов дыхания, удовлетворяясь притоком кислорода исключительно через наружную оболочку (если она достаточно тонкая и увлажнена). У организмов более крупных дыхание через кожу может оказаться более или менее достаточным только при условии, если покровы чрезвычайно тонки (земноводные); при грубых покровах необходимы специальные органы дыхания. Основные физические требования к этим органам – максимум поверхности и минимум толщины, и увлажнённость покрова. Первое достигается многочисленными разветвлениями или складками (легочные альвеолы, бахромчатая форма жабр). 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.
2) Питательные вещества поступают в растения из почвы по законам диффузии: через корни – минеральные вещества и вода, через листья из воздуха – углекислый газ.
3) Большую роль играют диффузионные процессы в снабжении кислородом природных водоёмов и аквариумов. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водоёмах за счёт диффузии через их свободную поверхность. Поэтому не желательны всякие ограничения свободной поверхности воды. Так, например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить доступ кислорода к воде и привести к гибели обитателей водоёма. По этой же причине сосуды с узким горлом непригодны для употребления в качестве аквариумов.
4) Под действием микроорганизмов в почве идет процесс разложения органического вещества с выделением углекислоты. Удаление углекислого газа из почвы и насыщением её кислородом происходит путём диффузии. Диффузия прекращается, когда поры на 80% объема общей пористости почвы заняты водой, поэтому после обильного полива следует разрыхлять почву.
5) Стратосфера являются однородной смесью кислорода, азота, углекислого газа, паров воды и инертных газов. Если бы не было диффузии, то вследствие различной силы тяжести молекул этих газов все составные части стратосферы были бы расслоены.
6) благодаря диффузии насекомые за многие километры обоняют аромат цветов и прилетают для сбора нектара, одновременно опыляя растения.[4]
6. 4 Диффузия в промышленности и технике.
1)Чугун, сталь, бронза, латунь – это сплавы, в составе которых содержится до десятка различных химических элементов.
Сплав приобретает свойства, отличные от свойств составляющих его компонентов. В расплавленном состоянии происходит активное диффузионное перемешивание частиц (ионов, атомов, молекул) исходных веществ, которое приводит при кристаллизации к образованию сплава со структурой, составом и соответственно свойствами, отличными от структуры, состава и свойств его компонентов. Таким образом, производство сплавов – один из способов получения новых металлических материалов.
2) В глубокие слои зерна доступ воздуха путём диффузии незначителен, поэтому в помещениях, где хранится семенное зерно, должна быть хорошая вентиляция. Для увеличения всхожести и жизнеспособности зерна нужно производить его перелопачивание, продувание.
3) Получение растворов, красителей, клеев, лаков, пластмассы.[2]
III. Заключение.
В ходе работы над своим проектом мы узнали много нового и интересного. Выяснили существования физических величин, которые характеризуют данное явление. Рассмотрели разнообразие проявлений диффузии в различных сферах жизни.
Проделав наблюдения и эксперименты, убедились в том, что:
1) скорость протекания диффузии в жидкостях зависит от исследуемого вещества, молекулы разных веществ разные, а значит, имеют разную скорость и длину свободного пробега.
2) Скорость протекания явления зависит от температуры, потому что скорость молекул связана с температурой.
3) Скорость протекания явления зависит от плотности вещества.
4) Скорость диффузии в газах происходит по всем направлениям и она не велика по сравнению с истинной скоростью молекул газа, из-за хаотичности движения молекул.
Мы научилисьформулировать выводы, вести расчеты, анализировать, сравнивать. Все поставленные задачи выполнены полностью, наша гипотеза подтвердилась.
Список литературы
http://ru. wikipedia. org/wiki/%C4%E8%F4%F4%F3%E7%E8%FF http://yandex. ru/yandsearch? lr=65&text=%D0%B4%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F+%D1%87%D1%82%D0%BE+%D1%8D%D1%82%D0%BE+%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5&csg=3249%2C5670%2C8%2C8%2C2%2C0%2C0&suggest_reqid=729298036141821859993837210838882 http://femto. /articles/part_1/1086.html http://yandex. ru/yandsearch? lr=65&text=%D0%B4%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F+%D1%87%D1%82%D0%BE+%D1%8D%D1%82%D0%BE+%D1%82%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5&csg=3249%2C5670%2C8%2C8%2C2%2C0%2C0&suggest_reqid=729298036141821859993837210838882Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4
