Примеры вредной и полезной диффузии

Видели ли вы когда-нибудь полчища мелких назойливых мошек, беспорядочно роящихся над головой? Иной раз кажется, что они как будто неподвижно висят в воздухе. С одной стороны этот рой неподвижен, с другой — насекомые внутри него безостановочно движутся то вправо, то влево, то вверх, то вниз, постоянно сталкиваясь друг с другом и разлетаясь вновь в пределах этого облака, как будто невидимая сила удерживает их вместе.

Движения молекул носят похожий хаотичный характер, при этом тело сохраняет стабильную форму. Такое движение называется тепловым движением молекул.

В далеком 1827 году известный британский ботаник Роберт Броун при помощи микроскопа изучал поведение микроскопических частиц цветочной пыльцы в воде. Он обратил внимание на то, что частички постоянно двигались в хаотичном, не поддающемся логическому объяснению порядке, и это беспорядочное движение не зависело ни от движения жидкости, в которой они находились, ни от ее испарения. Мельчайшие частички пыльцы описывали сложные, загадочные траектории. Интересно то, что интенсивность такого движения не снижается со временем и не связано с химическими свойствами среды, а только увеличивается, если уменьшается вязкость этой среды или размеры движущихся частиц. Кроме этого, большое влияние на скорость движения молекул оказывает температура: чем она выше, тем частицы движутся быстрее.

Давным-давно люди поняли, что все вещества на свете состоят из мельчайших частиц: ионов, атомов, молекул, и между ними имеются промежутки, и эти частицы постоянно и хаотично движутся.

Следствием теплового движения молекул является диффузия. Примеры мы можем наблюдать практически везде в повседневной жизни: и в быту, и в живой природе. Это распространение запахов, склеивание различных твердых предметов, перемешивание жидкостей.

Говоря научным языком, диффузия — это явление проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.

Самый простой пример диффузии в газах — это довольно быстрое распространение в воздухе запахов (как приятных, так и не очень).

Диффузия в газах может быть крайне опасной, из-за этого явления молниеносно протекает отравление угарным и другими ядовитыми газами.

Если диффузия в газах происходит быстро, чаще всего за считанные секунды, то диффузия в жидкостях занимает целые минуты и иногда даже часы. Это зависит от плотности и температуры.

Одним из примеров диффузии в жидкостях является очень быстрое растворение солей, спиртов и кислот, за короткое время образующих однородные растворы.

В твердых телах диффузия протекает труднее всего, при обычной комнатной или уличной температуре она незаметна. Во всех современных и старых школьных учебниках в качестве примера диффузии в твердых телах описан опыт со свинцовой и золотой пластинками. Этот эксперимент показал, что только по прошествии более четырех лет в свинец проникло ничтожно малое количество золота, а свинец проник в золото на глубину не более пяти миллиметров. Такое различие обусловлено тем, что плотность свинца намного выше плотности золота.

Следовательно, скорость и интенсивность диффузии не в последнюю очередь зависит от плотности вещества и скорости хаотичного движения молекул, а скорость, в свою очередь — от температуры. Диффузия интенсивнее и быстрее протекает при более высоких температурах.

Мы даже не задумываемся о том, что ежедневно практически на каждом шагу встречаем явление диффузии. Именно поэтому это явление считается одним из самых значительных и интересных в физике.

Один из простейших примеров диффузии в быту — растворение сахара в чае или кофе. Если в стакан с кипятком поместить кусочек сахара, он через некоторое время исчезнет бесследно, при этом даже объем жидкости практически не изменится.

Если внимательно осмотреться вокруг, можно найти немало примеров диффузии, облегчающих наш быт:

• растворение стирального порошка, марганцовки, соли;
• распыление освежителей воздуха;
• аэрозоли для горла;
• вымывание грязи с поверхности белья;
• смешивание красок художником;
• замешивание теста;
• приготовление наваристых бульонов, супов, и подлив, сладких компотов и морсов.

В 1638 г., вернувшись из Монголии, посол Василий Старков преподнес русскому царю Михаилу Федоровичу в подарок почти 66 кг сушеных листьев, обладающих странным терпковатым ароматом. Это засушенное растение очень понравилось ни разу не пробовавшим его москвичам, и они его с удовольствием до сих пор употребляют. Узнали его? Конечно же, это чай, который заваривается благодаря явлению диффузии.

Роль диффузии в окружающем нас мире очень велика. Одним из важнейших примеров диффузии является кровообращение в живых организмах. Кислород из воздуха проникает в капилляры крови, расположенные в легких, после этого растворяется в них и разносится по всему организму. В свою очередь углекислый газ диффундирует из капилляров в альвеолы легких. Питательные вещества, выделяемые из пищи путем диффузии проникают в клетки.

У травянистых видов растений диффузия идет через всю их зеленую поверхность, у более крупных цветущих растений — через листья и стебли, у кустарников и деревьев — через трещины в коре стволов и веток и чечевички.

Кроме того, примером диффузии в окружающем мире является всасывание воды и растворенных в ней минералов корневой системой растений из почвы.

Именно диффузия является причиной того, что состав нижнего слоя атмосферы является неоднородным и состоит из нескольких газов.

К сожалению, в нашем несовершенном мире найдется совсем немного людей, которые не знают, что такое инъекция, также известная как «укол». Этот вид болезненного, но эффективного лечения также основан на явлении диффузии.

Загрязнение окружающей среды: почвы, воздуха, водоемов — это тоже примеры диффузии в природе.

Тающие в синем небе белые облака, так любимые поэтами всех времен — тоже она— известная каждому ученику средних и старших классов диффузия!

Итак, диффузия — это то, без чего жизнь наша была бы не просто труднее, а практически невозможной.

источник

Министерство образования и науки Республики Бурятия

МКУ «Закаменское районное управление образования»

МБОУ «Холтосонская средняя общеобразовательная школа»

II районная научно – практическая конференция школьников

«Знание. Поиск. Творчество. Труд.»

Работу выполнила: Ажитова Бэлигма,

учитель математики и физики,1 категория.

Примеры проявления диффузии в природе и технике.

Диффузия в растительном и животном мире.

Роль диффузии в пищеварении и дыхании человека.

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.

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.

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

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.

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.

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.

Одновременно с помощниками мы совершили три действия: разрезали лук, 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 лука 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.

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 – 50 с. Скорость равна 0,08 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.

Пр оявления 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 при впадении рек в моря происходит смешивание пресной воды с солёной. 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 было налито растительное масло (5 мл), во вторую – 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 растительным маслом, 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 0,65м 2 . Она покрыта ворсинками –

микроскопическими образованиями слизистой оболочки высотой 0,2-1мм, за счет чего площадь реальной поверхности кишечника достигает 4-5 м, 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 прoникaeт 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.

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.

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 счёт диффузии газ распространяется по всему помещению. 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. 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 водоёмов 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 в воде, 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.

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.

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, 2017. – 27 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 +, 2014 – 448 с.

6. http :// www . Wikipedia . org , интернет ресурсы

источник

Диффузия — одно из самых значимых явлений в физике. Оно играет чрезвычайно важную роль в живой природе, его широко применяют в технике, в повседневной жизни. Но, оказывается, что процесс диффузии играет большую роль в загрязнении воздуха, рек, морей и океанов. Как разного рода загрязнители проникают в те вещества, которые обеспечивают жизнедеятельность растений, животных, человека? Давайте с вами проведем исследование и узнаем как диффузия воздействует на окружающую среду , какую пользу и вред она приносит.

Диффузия — явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Примером диффузии в газах является распространение запахов в воздухе, но запах распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время. Почему так происходит? Просто движению молекул пахучего вещества в определенном направлении мешает движение молекул воздуха. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях она меняет направление и скорость движения. Поэтому диффузионное проникновение молекул значительно медленнее их свободного движения. Явление диффузии показывает, что молекулы все время хаотично движутся и притом в различных направлениях. Такое движение называется молекулярным тепловым движением. Диффузия, также доказывает, что между молекулами имеются промежутки.Известно, что частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия.Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых 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. Скорость протекания диффузии зависит от: агрегатного состояния вещества; массы молекул; температуры.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии. Корни растений захватывают необходимые для растения вещества из почвенных вод благодаря диффузионному потоку внутрь корней.На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др. Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека. На этом явлении основана, например, диффузионная сварка металлов, никелирование. Результатом диффузии может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. На явлении диффузии основаны соление овощей, варка варения, получение компотов и многое другое.В общем, диффузия имеет большое значение в природе и жизнедеятельности человека, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды. На протекание диффузных процессов в природе отрицательное влияние оказывает деятельность человека. Большую роль играют диффузионные процессы в снабжении кислородом природных водоемов. Кислород попадает в более глубокие слои воды в водоемах за счет диффузии через их свободную поверхность. Поэтому любое загрязнение поверхности воды, губительно для всего живого в водоеме. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб промышленных и энергетических предприятий, выхлопные газы автомобилей, благодаря диффузии, распространяются на большие расстояния. Воздух и земля ещё загрязняется бытовыми отходами. Загрязняющие вещества попадают в пищу, воздух, воду и наносят огромный вред здоровью человека. Ярким проявлением диффузии, напрямую связанным с экологическими проблемами – это грязный, фактически отравленный выхлопными газами автомобилей, воздух в черте крупных городов, загрязнение отравляющими отходами многочисленных водоёмов, почвы и т.д.

Давайте вместе проведем исследование и выясним, на примере распространения пахучего вещества в воздухе как явление диффузии способствует загрязнению воздуха (проведем аналогию между молекулами загрязняющего вещества и молекулами пахучего вещества). Приведем примеры типичных загрязнителей атмосферы, рек и водоемов, полей и лесов. Узнаем, какие существуют способы защиты окружающей среды от загрязнения.

источник

Исследовательская работа посвящена роли диффузии в экологическом равновесии природы и указывает на актуальность данной темы.

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

Муниципальный этап конкурса

Дроботовой Дарьи Максимовны

МОУ «Пролетарская средняя общеобразовательная школа №1»

Белгородская область, Ракитянский район,

Учитель физики первой категории МОУ «Пролетарская СОШ №1»

Артеменко Валентина Васильевна

2. Результаты анкетирования………………………………. стр.2

3. Явление диффузии, его сущность………………………. стр.3

1) Роль диффузии в природе;

2) Диффузия безопасность человека;

3) Применение диффузии в технике;

4) Применение в повседневной жизни;

5) Вредное проявление диффузии.

5. Проведение исследования………………………………….стр.8

Темой данной работы является диффузия.

-раскрытие сущности диффузии,

-выделение особенностей диффузии,

-изучение понятия причин, влияющих на диффузию,

— отражение огромного значения диффузии в быту, в технике и в производственных процессах,

-обнаружение вреда диффузии.

собрать и проанализировать различные материалы по данной теме,

провести некоторые опыты, демонстрирующие явление диффузии в природе,

проанализировать, полученную информацию, сделать выводы о роли диффузии в экологическом равновесии природы.

Результаты анкетирования по следующим вопросам:

1. Куда нужно поместить сосуд с молоком, чтобы быстро получить сливки: в теплую или холодную среду?

2. Воду в некоторых случаях очищают путём озонирования, т. Е. насыщением её озоном. На каком явлении основан этот метод очистки?

3. При пассивном курение, какой человек страдает больше курящий или некурящий?

4. Всегда ли диффузия приносит пользу?

5. Детский резиновый шар, наполненный водородом, через несколько часов становится слабо надувным. Почему?

6. Морское животное кальмар при нападении на него выбрасывает темно – синюю защитную жидкость. Почему через некоторое время пространство, заполненное этой жидкостью становится прозрачной?

7. Почему не рекомендуется мокрую ткань, окрашенную в темный цвет, оставлять на длительное время в соприкосновении с белой тканью?

8. Где лучше сохранить детский резиновый шарик, наполненный водородом: в холодном или теплом помещении?

9. Могла бы происходить диффузия, если бы между молекулами не было промежутков? Молекулы были бы не подвижны?

Результаты исследований показали:

Вывод: моя работа актуальна, так как не все хорошо знают эту тему.

Явление диффузии, его сущность.

Как мы знаем, молекулы любого вещества находятся на некотором расстоянии друг от друга и беспрерывно хаотично движутся. Именно поэтому отдельные молекулы, например аммиака, хаотично перемещаясь, проникают в промежутки между молекулами воздуха, сталкиваются с ними, таким образом, перемещаются все дальше и дальше от источника, т.е. от открытой пробирки с аммиаком. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы аммиака много раз меняют направление своего движения, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всей комнате. Это и есть явление диффузии.

Диффузия в газах и жидкостях происходит легче и быстрее, чем диффузия в твёрдых телах, так как молекулы в газах и жидкостях, соответственно, движутся свободнее, и расстояние между ними больше, чем в твёрдом теле.

Движения частиц при диффузии совершенно случайны, все направления смещения равновероятны.
Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твёрдых телах, то в этих веществах возможна диффузия. Диффузия – перенос вещества, обусловленный самопроизвольным выравниванием неоднородной концентрации атомов или молекул разного вида. Если в сосуд впустить порции различных газов, то через некоторое время все газы равномерно перемешиваются: число молекул каждого вида в единице объёма сосуда станет постоянным, концентрация выравнивается.

Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред (рис.1а). Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами.

Граница между веществами расплывается (рис.1б). Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во всё более глубоких слоях. Граница раздела веществ становится ещё более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит в конце концов к тому, что раствор в сосуде становится однородным (рис.1в).

Рис.1. Объяснение явления диффузии.

Скорость диффузии растет с увеличением температуры.

В двух стаканах налита вода, но в одном холодная, а в другом – горячая. Опустим одновременно в стаканы пакетики с чаем. Нетрудно заметить, что в горячей воде чай быстрее окрашивает воду, диффузия протекает быстрее. Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры, так как молекулы взаимодействующих тел начинают двигаться быстрее.

Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах. Дело в том, что в газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию, а в твёрдых телах перемешивания нет.

1) Роль диффузии в природе.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии. Корни растений захватывают необходимые для растения вещества из почвенных вод благодаря диффузионному потоку внутрь корней. На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др.
С помощью диффузии происходит распространение различных газообразных веществ в воздухе: например, дым костра распространяется на большие расстояния.
Результатом этого явления может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. Таким же образом происходит загрязнение воздуха вредными продуктами промышленного производства и выхлопными газами автомобилей. 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.

Благодаря явлению диффузии нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот, инертные газы.
В небе мы тоже наблюдаем это явление. Рассеивающиеся облака – тоже пример диффузии и как точно об этом сказано у Ф.Тютчева: «В небе тают облака…»

В жидкостях диффузия протекает помедленнее, чем в газах, но этот процесс можно ускорить, с помощью нагревания. Например, чтобы быстрее засолить огурцы, их заливают горячим рассолом. Мы знаем, что в холодном чае сахар растворится медленнее, чем в горячем.

Летом, наблюдая за муравьями, мы всегда задумывались над тем, как они в огромном для них мире, узнают дорогу домой. Оказывается, и эту загадку открывает явление диффузии. Муравьи помечают свой путь капельками пахучей жидкости

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 растёт, цветёт для них тоже благодаря диффузии. Ведь мы говорим, что растение дышит и выдыхает воздух, пьёт 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.

Экология окружающей среды ухудшается за счёт выбросов в атмосферу, в воду химических и прочих вредных веществ, и это всё распространяется и загрязняет огромные территории. А вот деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии.
На принципе диффузии основано перемешивание пресной воды с солёной при впадении рек в моря. Диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений.

Во всех приведенных примерах мы наблюдаем взаимное проникновение молекул веществ, т.е. диффузию. На этом процессе основаны многие физиологические процессы в организме человека и животных: такие как дыхание, всасывание и др. В общем, диффузия имеет большое значение в природе, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды.
2) Диффузия и безопасность человека.

Горючий природный газ, используемый в быту для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха.
Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, горючий газ предварительно смешивают с резко пахнущими веществами.

Это позволяет быстро заметить наличие утечки газа в помещении.

3) Применение диффузии в технике.

Явления диффузии широко используются в технике. Например, при извлечении сахара из свеклы последнюю мелко нарезают и помещают в специальные металлические сосуды ( диффузоры), через которые проходит ток горячей воды. Находящийся в свекле сахар диффундирует при этом в протекающую воду. Из полученного раствора выделяют кристаллический сахар.

4) Применение в повседневной жизни.

Явление диффузии можно наблюдать дома достаточно часто: когда пользуемся аромо — лампой с эфирными маслами или спреями для тела или для ног, духами, распыляем средства для уничтожения в помещении комаров и мух, когда что-то склеиваем или когда пьём чай или кофе. В кружке чай с сахаром и кусочком лимона. Мы перемешиваем ложечкой горячую воду — это ускоряет процесс проникновения молекул сахара и лимона между молекулами воды. Также засолка, маринование, компоты – это все тоже благодаря диффузии.

5) Вредное проявление диффузии.

Не всегда диффузия благо для человека. К сожалению, необходимо отметить и вредные проявления этого явления. 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. Например, в нашей Белгородской области также можно отметить вредные проявления диффузии наличием большого количества свинарных комплексов. Вредные и неприятные запахи, распространяющиеся от них, вредят здоровью людей и окружающей среде. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.
Загрязнение водоёмов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. Кроме того, в загрязнённой воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают.
Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб, труб тепловых электростанций 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.

Наблюдение явления диффузии в жидкости.

Цель: наблюдение диффузии в жидкости, влияние температуры на протекание диффузии.
Приборы и материалы: стакан с холодной водой, раствор «зеленки», тарелка с горячей водой, пипетка.
Описание опыта и полученные результаты:
а) в стакан с водой капнула «зеленку» и пронаблюдали, как происходит процесс диффузии;
б) провела этот же опыт, поставив стакан с водой в тарелку с горячей водой, процесс произошел гораздо быстрее, чем в первом случае

Вывод: проведя опыт, я обнаружила, что диффузия наблюдается в жидкостях и с увеличением температуры скорость данного процесса увеличивается.

источник

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Ремонтненская средняя общеобразовательная школа №2

Диффузия в природе и жизни человека

(экспериментально- исследовательская работа)

Работу выполнил: Штрыков Александр,

ученик 7 «а» класса
Руководитель: Харитонова Т.Н.,

учитель физики и математики

Введение 3 §1 Явление «диффузия», его сущность 4 §2 Осмос и диализ — формы проявления диффузии 5 §3 Роль диффузии в природе 6 §4 Влияние диффузии на жизнедеятельность человека 8 §5 Вредное проявление диффузии 9

Диффузия играет огромную роль в природе, в быту человека и в технике. Диффузионные процессы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на жизнедеятельность человека и животных. Однако, не у всех людей есть достаточное представление о протекании этого явления.

Актуальность работы состоит в том, что изучение влияния диффузии на жизнедеятельность растений, животных и человека расширит спектр наших знаний о живой природе, продемонстрирует тесную связь физики, биологии, экологии, медицины.

Объект исследования — явление диффузии.

Предмет исследования — влияние явления диффузии на процессы, протекающие в природе, и связанные с жизнедеятельностью человека.

Цель: рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать общую значимость этого явления.

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.

1.Изучение литературных и других информационных источников.

2.Анализ и обработка материала о значимости явления диффузии.

§1 Явление «диффузия», его сущность

Диффузия (от лат. Diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.

Явление диффузии мы наблюдаем каждый день: наливаем ли заварку чая в кипяток, приготавливаем ли красящий раствор. И даже когда сгорает что-то на плите, а запах чувствуется по всему дому, мы вновь сталкиваемся с явлением диффузии.

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

Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то во всех этих веществах возможна диффузия. Однако скорость протекания данного явления для них различна. Для подтверждения данного факта был проведен эксперимент. Одновременно совершили три действия: разрезали апельсин, опустили в стакан пакетик чая и на срез сырой картофелины насыпали несколько кристалликов марганцовки. В результате наблюдений было установлено, что запах апельсина 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.

Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры. Обратимся к опыту. В два стакана налили воду, но в один холодную, а в другой – горячую. Опустили одновременно в стаканы пакетики с чаем. Нетрудно заметить, что в горячей воде чай быстрее окрашивает воду, диффузия протекает быстрее. Это происходит потому, что с повышением температуры увеличивается скорость движения молекул. Поэтому прежде чем сделать укол пациенту, холодный раствор с инъекцией врач немного нагревает до температуры, близкой к температуре человека.
§2 Осмос и диализ — формы проявления диффузии

В мире живых организмов диффузия проявляется в двух формах — диализе и осмосе. Диализом называется диффузия молекул растворенного вещества, а осмосом — диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану.

Основную роль для диффузионных процессов в живых организмах играют мембраны, находящиеся на поверхности клеток, клеточных ядер и вакуолей и обладающие избирательной проницаемостью. Прохождение вещества через мембрану зависит от размеров и некоторых других физических свойств молекул растворителя, а также от свойств самой мембраны.

Если мешочек из пергамента заполнить раствором сахара или соли и поместить в сосуд с водой, то молекулы растворённого вещества будут диффундировать через стенки мешочка, пока их концентрация в мешочке и в сосуде с водой не станет одинаковой. В этом случае мы можем говорить, что поры мембраны достаточно велики для прохождения через них молекул растворенного вещества. Этот метод – диализ – часто применяют для получения чистых препаратов белков и других соединений.

Диализ также используется в аппарате «искусственная почка». Аппарат представляет собой гемодиализатор, в котором кровь соприкасается через полупроницаемую мембрану с солевым раствором. Из крови в солевой раствор сквозь мембрану проходят ионы и молекулы продуктов обмена (мочевина, мочевая кислота), а также различные токсические вещества, подлежащие удалению из организма. Аппарат представляет собой систему из плоских каналов, разделенных тонкими целлофановыми мембранами, по которым встречными потоками медленно движутся кровь и солевой раствор, обогащенный газовой смесью CO₂ + О₂ .Аппарат подключается к кровеносной системе больного с помощью катетеров. Диализ продолжается 4-6 ч. Этим достигается очистка крови от азотистых шлаков при недостаточной функции почек, т.е. осуществляется регулирование химического состава крови.

Если взять мешочек с более мелкими порами, пропускающими только молекулы растворителя, (например, воды), но не пропускающими молекул сахара, то молекулы воды будут диффундировать в мешочек, увеличивая объём раствора в нем. В этом случае мы говорим об осмосе. Впервые осмос наблюдал А. Нолле в 1748 , однако исследование этого явления было начато спустя столетие. Явление осмоса наблюдается в тех средах, где подвижность растворителя больше подвижности растворённых веществ. Осмос сохраняет внутри клетки белки, столь важные для биологических процессов живых организмов.

§3 Роль диффузии в природе

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. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот и инертные газы.

К.А. Тимирязев говорил: «Будем ли мы говорить о питании корня за счёт веществ, находящихся в почве, будем ли говорить о воздушном питании листьев за счет атмосферы или питании одного органа за счёт другого, соседнего, – везде для объяснения мы будем прибегать к тем же причинам: диффузия».

Действительно, в растительном мире также велика роль диффузии. Например, большое развитие листовой кроны деревьев объясняется тем, что диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично и питания. В настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем опрыскивания их кроны. Благодаря диффузии растение получает минеральные вещества и воду из почвы.

Без этого явления не было бы и животного мира. Диффузия влияет не только на физиологические процессы, происходящие в организме животных: таких как, например, регуляция солевого баланса. Благодаря диффузии они находят себе пищу. Акулы, например, чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

Большую роль играют диффузные процессы в снабжении природных водоёмов и аквариумов кислородом. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за счёт диффузии через их свободную поверхность. 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 (37 градуса), затем в одну тарелку был налит бензин (5 мл), во вторую – керосин (5мл), в третью – растительное масло (5 мл), в четвертой 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.

При испарении из воды вылетают отдельные молекулы. Так как вода, покрытая пленкой бензина, керосина и растительного масла, остывает медленнее, то можно судить о том, что и молекулам кислорода труднее проникнуть в воду: рыбы и другие водные обитатели испытывают недостаток кислорода и могут даже погибнуть.

Таким образом, наличие различных веществ на поверхности воды нарушает процессы диффузии и может привести к нежелательным экологическим последствиям.

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 ее обитателей. По этой же причине сосуды с узким горлом непригодны для использования в качестве аквариума.

§4 Влияние диффузии на жизнедеятельность человека

На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др. Мы можем защитить себя от многих болезней путем приема лекарств, которые усваиваются организмом тоже благодаря диффузии.

Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека. На этом явлении основана диффузионная сварка металлов. Детали помещают в закрытую сварочную камеру с сильным разряжением, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов материалов. Диффузионная сварка применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном машиностроении.

Явление диффузии используется также для получения сахарного сока из свекловичной стружки, нагреваемой вместе с водой.

Человек научился использовать свойства диффузии и для обеспечения собственной безопасности. 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.
§5 Вредное проявление диффузии

К сожалению, в результате развития человеческой цивилизации оказывается негативное влияние на природу и процессы, протекающие в ней. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей, океанов. Загрязнение водоемов приводит к тому, что в них исчезает жизнь. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов.

Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик, выхлопными газами, из-за него вредные отходы жизнедеятельности человека проникают в почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь и функционирование животных и растений.

Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод о том, что явление диффузии является одним из главных общих условий жизнедеятельности растений, животных и человека. Без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна.

Человеку нет необходимости что–то специально делать для улучшения протекания явления диффузии в живой природе. Просто надо исключить загрязнение окружающей среды своей деятельностью, так как по вине человека это явление играет заметную роль в загрязнении рек, морей и океанов, почвы и атмосферы Земли.

В пламени Солнца, в жизни и смерти далёких звезд, в воздухе, которым мы дышим, всюду мы видим проявление всемогущей и универсальной диффузии.

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, 2005. – 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.Шахмаев Н.М.и др.Физика 7.М.:Мнемозина,2007.

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

источник

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! В этой работе будет рассмотрено конкретное физическое явление — диффузия. Одно из самых значимых явлений в физике, имеющей так много в себе того, что мы встречаем повседневно и используем во благо себе. Итак, речь пойдёт о диффузии.

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОТДЕЛ ПО РАБОТЕ С АБИТУРИЕНТАМИ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ МОЛОДЕЖИ

СЕКЦИЯ «УНИВЕРСИТЕТСКИЕ ШКОЛЫ»

XXXVIII НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ

УДИВИТЕЛЬНОЕ ЯВЛЕНИЕ — ДИФФУЗИЯ!

7 класс МОАУ «Гимназия №3» г. Оренбурга

Филатова Надежда Николаевна

учитель физики высшей квалификационной категории

Филатова Надежда Николаевна

учитель физики высшей квалификационной категории

Глава I. Теоретические положения о явлении диффузия ……………………5

1.1 Механизм процесса диффузии…………………………………………….….5

1.4 Диффузия в твердых телах…………………………………………………. 6

1.5 От чего зависит скорость протекания диффузии……………………….…7

1.6 Вредное проявление диффузии……………………………………………….7

1.8 Диффузия в жизни человека……………………………………………….…8

Глава II. Практические наблюдения за диффузией …………………………11

«Самое могущественное в мире то, что

не видно, не слышно и не осязаемо»

Строение материи — одна из главных проблем науки, а основой современной физики является атомно-молекулярное учение. Уже в глубокой древности, за 2500 лет до нашего времени, зародилось представление, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц, недоступных непосредственному наблюдению. В настоящее время доказательства положений молекулярно-кинетической теории настолько многочисленны и убедительны, что существование молекул признано как установленный факт. Из большого числа научных положений и опытных фактов, относящихся к молекулярно-кинетической теории, наибольший интерес у меня вызвало явление диффузии. Диффузия это удивительное явление, с которым мы сталкиваемся на протяжении всей нашей жизни. Роль, которую играет диффузия в окружающем нас мире трудно переоценить. Её проявления есть и в природе, и в технике, и в быту. Каждое утро, выпивая кружку чая, мы не догадываемся, что наблюдаем явление диффузии. Ведь именно благодаря этому явлению мы дышим, ощущаем приятные запахи, едим вкусную пищу, источающую чудные ароматы . К сожалению, диффузионные процессы могут оказывать не только положительное, но и негативное влияние на жизнедеятельность растений, животных и человека.
Я заинтересовалась этим явлением потому, что это один из важных процессов в жизнеобеспечении людей и живой природы Земли.

Проблема исследования : Чем удивительно явление диффузии?

Актуальность данного исследования заключается в том, что диффузия одно из самых значимых явлений в физике, имеющее так много в себе того, что мы встречаем повседневно и используем в своё благо. Диффузия играет существенно — важную роль в природе и жизни человека. Изучение влияния диффузии на жизнедеятельность растений, животных и человека расширит спектр наших знаний о живой природе, демонстрирует тесную связь физики, биологии, экологии и медицины. Исследование диффузии помогает лучше понять явления, с которыми мы сталкиваемся каждый день.

Объект исследования — явление диффузии.

Предмет исследования — явление диффузии, зависимость протекания диффузии от различных факторов, проявление диффузии в природе, технике, быту. Влияние явления диффузии на процессы, протекающие в природе, и связанные с жизнедеятельностью человека.

Гипотеза исследования : молекулы движутся.

1. Расширить знания о диффузии
2. Выяснить: от чего зависит диффузия
3. Рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать общую значимость этого явления.
4. Подтвердить теоретические факты экспериментами
5. Рассмотреть примеры диффузии в домашних опытах
6. Обобщить приобретенные знания и сделать выводы.

1. Изучить материал в литературе, Интернет-сети о роли диффузии в природе и жизнедеятельности человека.
2. Проанализировать полученную информацию о явлении диффузии, а также определить степень значимости этого явления для растений, животных, человека.
3. Выяснить, где в живой и неживой природе встречаются явления диффузии, какое значение имеют, где применяются человеком.
4. Провести, описать и спроектировать некоторые опыты, характеризующие закономерности протекания диффузии.

1. Поисковый;
2. Метод обобщенного анализа (сравнение имеющихся знаний с полученными данными);
3. Экспериментально – практический.

1. Изучение, анализ и синтез литературных и других информационных источников;
2. Наблюдение;
3. Анализ информации и результатов;
4. Сравнение;
5. Проведение экспериментов;
6. Социологический опрос.

Глава I. Теоретические положения о явлении диффузия.

1.1 Механизм процесса диффузии

Диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, вследствие хаотического движения и столкновения друг с другом, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму.

Явление диффузии можно объяснить лишь в том случае, если считать, что:

• Все вещества состоят из частиц (молекул, атомов, ионов);

• Между частицами имеются промежутки;

• Частицы вещества находятся в постоянном, хаотическом движении.

Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред. Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящиеся около границы, обмениваются местами. Граница между веществами расплывается.

Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во всё более глубоких слоях. Граница раздела веществ становится ещё более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит, в конце концов к тому, что раствор в сосуде становится однородным.

Это явление имеет место в газах, жидкостях и твёрдых телах.

Если бросить несколько кристалликов перманганата калия в воду, мы будем наблюдать, что в течение нескольких часов будет происходить окрашивание воды в розовый цвет.

Вывод: следовательно, скорость диффузии в жидкости намного меньше чем в газах.

Пояснение: частицы в жидкости «упакованы» так, что расстояние между соседними частицами меньше их размеров. Сами частицы могут перемещаться по всему занимаемому жидкостью объему сосуда. Перемешивание жидкостей происходит медленно (приложение 1).

Почему возможно распространение запахов в пространстве? (Например, запаха духов)

Распространение запахов возможно благодаря движению молекул веществ. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы духов много раз меняют направление своего движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всей комнате.

Причина диффузии — беспорядочное движение молекул.

Пояснение: частицы газа далеко удалены друг от друга. Между ними существуют большие промежутки. Сквозь эти промежутки легко перемещаются частицы другого вещества. Поэтому диффузия в газах протекает быстро.

Таким же образом, происходит загрязнение воздуха вредными продуктами промышленного производства и выхлопными газами автомобилей. 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.

Благодаря явлению диффузии нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним – кислород, выше – азот, инертные газы.

В небе мы тоже наблюдаем это явление. Рассеивающиеся облака – тоже пример диффузии и как точно об этом сказано у Ф.Тютчева: «В небе тают облака…»

1.4 Диффузия в твердых телах.

Твердые тела могут иметь различное строение и состоять из молекул, атомов или ионов . В любом случае, вне зависимости от того, из каких микрочастиц состоит тело, взаимодействие этих частиц друг с другом очень сильно. Не смотря на то, что они, эти частицы, все же движутся, но эти движения очень незначительны.

Промежутки между частицами маленькие, поэтому другим веществам трудно проникнуть между ними. Процесс диффузии в твердых телах проходит очень медленно и незаметно для невооруженного глаза (приложение 2)

1.5 От чего зависит скорость протекания диффузии

Скорость диффузии зависит от температуры. При повышении температуры процесс взаимного проникновения веществ ускоряется. Это связано с тем, что при нагревании возрастает общая скорость движения молекул . В теле с более высокой температурой молекулы движутся быстрее, а значит и быстрее протекает диффузия. Скорость диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии находятся соприкасающиеся тела – в твердом, жидком или газообразном.

1.6 Вредное проявление диффузии.

Диффузия помимо пользы дает человеку и огромный вред. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. 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. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.

Загрязнение водоёмов 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 в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают.

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

Курильщики ежегодно «выкуривают”, т.е. выбрасывают в атмосферу 720 тонн синильной кислоты, 384000 тонн аммиака, 108000 тонн никотина, 600000 тонн дегтя и более 550000 тонн угарного газа. Общая масса окурков на Земле за год составляет 2520000 тонн. Табачный дым, окутывая Землю, задерживает ультрафиолетовые лучи. В среднем 25% всех видов веществ, содержащихся в табаке, сгорает и разрушается в процессе курения; 50% уходит в окружающую среду; 20% попадает в организм курильщика и только 5% остается в фильтре сигареты (приложение 3).

Температура табачного дыма на 35-40 градусов выше температуры воздуха, поступающего в рот при курении, что вызывает во рту довольно резкий перепад температур. Во время курения одной сигареты происходит 15-20 таких перепадов, что плохо отражается на состоянии зубной эмали: она трескается. Вот поэтому зубы курильщиков разрушаются раньше, чем зубы некурящих. В газовой фракции табачного дыма находится газообразный дёготь, который при охлаждении переходит в жидкое состояние, т.е. конденсируется. При этом он оседает на пальцах рук, зубах, стенках воздухоносных путей, лёгких, попадает в желудок. При выкуривании одной пачки сигарет курильщик производит около 1 грамма жидкого дёгтя.

Когда мы хотим утолить жажду, то пьем воду. Но, каким же образом выпитая вода попадает в клетки нашего тела? А происходит это благодаря осмосу.

Если два раствора с разными концентрациями привести в соприкосновение, то эти растворы в результате диффузии перемешаются. А если два таких раствора разделены непроницаемой перегородкой, то вообще ничего не получится.

Но вот если два таких раствора разделены перегородкой, пропускающей молекулы растворителя, но задерживающей молекулы растворенного вещества, то молекулы растворителя будут переходить в более концентрированный раствор, все более разбавляя его. Возникает осмос — направленное перемещение молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, разделяющую два раствора различной концентрации. Диффузия растворителя продолжается до установления равновесия в системе в результате выравнивания концентраций по обе стороны перегородки или в результате возникновения осмотического давления.

Осмос от греческого – толчок, давление. Впервые осмос наблюдал французский химик Нолле в 1748 г.

Оболочки всех без исключения живых клеток как раз и обладают замечательной способностью пропускать молекулы воды и задерживать молекулы растворенных в ней веществ — именно благодаря этому клетка и может утолять жажду.

Я попробовала сделать любопытный опыт. Взяла лимон и отрезала несколько тонких долек. Сока при этом практически не получилось. Я посыпала лимонные дольки сахаром — и спустя некоторое время из них потек сок. Тут начал действовать осмос: сок потек из лимона наружу, как бы стремясь возможно сильнее разбавить образовавшийся на его поверхности концентрированный раствор сахара.

А если нашинкованную капусту перетереть с солью, то её объём резко уменьшится, а сама капуста станет влажной. Это тоже осмос, только в данном случае снаружи клетки находится соль.

Практическое применение осмос находит в процессе очистки воды.

1.8 Диффузия в жизни человека

Изучая явление диффузии, я пришла к выводу, что именно благодаря этому явлению человек живет. Ведь, как известно, воздух, которым мы дышим, состоит из смеси газов: азота, кислорода, углекислого газа и паров воды. Находится он в тропосфере — в нижнем слое атмосферы. Если бы не было диффузионных процессов, то наша атмосфера просто расслоилась бы под действием силы тяжести, которая действует на все тела, находящиеся на поверхности Земли или вблизи нее, в том числе и на молекулы воздуха. Внизу расположился бы боле тяжелый слой углекислого газа, над ним – кислород, выше — азот и инертные газы. А ведь для нормальной жизнедеятельности нам необходим именно кислород, а не углекислый газ.

Диффузия происходит и в самом организме человека. Дыхание и пищеварение человека основано на диффузии. Если говорить о дыхании, то в каждый момент времени в кровеносных сосудах, оплетающих альвеолы (ячейки в виде пузырьков, расположенные в легких), находится примерно 70 мл крови, из которой в альвеолы диффундирует углекислый газ, а в обратном направлении — кислород. Как видно из приведенных примеров диффузионные процессы играют очень важную роль в жизни людей.

У североамериканского серого волка обоняние в 1000 раз острее, чем у человека. Он чует лосиху с детёнышем на расстоянии более чем 2,5 км. В носу волка примерно в 50 раз больше обонятельных рецепторов, чем у человека. Слизистая оболочка собрана в складки, так что в малом пространстве сосредоточена большая поверхность. Если расправить слизистую ,она окажется площадью с большую открытку. Нос устроен так ,чтобы наполненный запахами вдыхаемый воздух соприкасался с большой поверхностью слизистой. У здорового животного нос внутри влажный, что позволяет лучше улавливать пахучие частицы вещества. Когда волк проходит с подветренной стороны от невидимой жертвы, он чует доносимый воздухом запах и начинает двигаться к его источнику. Приблизившись, хищник полагается на своё зрение, быстроту действий и, естественно, силу. Новозеландский киви величиной с курицу — очень занятная птица. Он не умеет летать ,а его перья больше похожи на шерсть. Пищу находит по запаху, как насекомоядные млекопитающие, и может учуять червяка под землёй на глубине 3 см.По ночам киви роется в лесной подстилке и почве своим длинным тонким клювом.

Ноздри на конце клюва ведут к обонятельным рецепторам в его основании, а нервы от рецепторов — к обонятельным долям головного мозга, которые у киви крупнее, чем у всех других птиц. Такая система позволяет ему на расстоянии чуять червей, слизней и личинок жуков. Схватив добычу кончиком клюва, птица несколько раз дёргает головой, чтобы отправить её в глотку.

Благодаря диффузии газов происходит необходимый для жизни газообмен-процесс дыхания, приводящий к выделению химической энергии вследствие окисления органических веществ. У небольших растений диффузия идёт через всё поверхность, у крупных цветковых растений — через устьица на листьях и зелёных стеблях (у травянистых форм), а также через чечевички и трещины в коре одревесневших стеблей. Внутри растений кислород распространяется диффузным переносом в воздухоносных межклетниках, достигая клеток и растворяясь во влаге, покрывающей клеточный стенки. Отсюда он диффундирует уже внутрь клеток. Углекислый газ движется по растению тем же путём, но в обратном направлении. В клетках, содержащих хлорофилл, одновременно протекает и дыхание, и фотосинтез: выделяемый хлоропластами кислород может сразу же потребляться митохондриями той же клетки, а продукт дыхательного метаболизма митохондрий – углекислый газ – может использоваться для фотосинтеза хлоропластами. Самый распространённый способ общения насекомых – с помощью обонятельных химических средств. Есть привлекающие ароматы (аттрактанты), а есть отталкивающие (репелленты), воспринимаемы обонятельными дырочками (порами) на усиках. К аттрактантам относятся феромоны и гормоны. «Матка здесь», — сообщает один феромонов в пчелином гнезде. «Из этого запасного самца вырастить производителя, а из этого – солдата», — звучит приказ через феромон в гнезде термитов. А репелленты? «Нас много, корма на всех не хватит, подождите расти», следует пахучий сигнал от первого комариного выплода. И личинки комаров следующего выплода смиренно ждут приказа на превращение в комаров.

Невозможно представить свою жизнь и быт без ароматических запахов. Чтобы получить всего 1 кг розового масла, необходимо переработать более полутора тонн лепестков розы. Ладан, ароматическую смолу для церковных нужд , получают из сока ладанного дерева и босвеллии священной, растущих в Восточной Африке. Мирра, смола для ароматических курений , получается из смолы деревьев рода коммифора, растущих в Эфиопии и Южной Аравии.

В 1638 г. посол Василий Старков привёз в подарок царю Михаилу Фёдоровичу от монгольского Алтын- хана 4 пуда сушёных листьев. Это растение очень понравилось москвичам, и они его с удовольствием до сих пор употребляют. А как оно называется и на каком явлении основано его употребление? (Ответ. Это чай. Явление — диффузия.)

За последние десятилетия люди в корне изменили свой взгляд на леса Земли. И поняли, что лес- это не просто будущие дрова, доски, брёвна, а одно из главных звеньев природной цепи. Леса- лёгкие планеты, помогающие дышать всему живому. Один гектар леса за год очищает 18 млн м воздуха от углекислого газа, поглощает 64 т других газов и пыли, поставляя взамен миллионы кубометров кислорода.

Глава II. Практические наблюдения за диффузией.

Опыт №1: Моделирование проникновения молекул одного вещества между молекулами другого ( Смешивание известных объёмов круп с зёрнами разного размера является хорошей моделью проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, обычно это демонстрируется при смешивании воды и этилового спирта).

Я взяла два стеклянных стакана вместимостью 200 мл и один стакан вместимостью 500 мл. Отмерила стакан риса и стакан пшена. Затем, ссыпала всё в большой стакан и перемешала. С помощью цветной кольцевой резинки зафиксировала суммарный уровень круп .Далее в те же стаканы доверху налила воды и перелила её в такой же стакан, как тот, в котором смешивала крупы. Сравнила уровень воды с суммарным уровнем круп.

Результат: суммарный объём круп (суммарный объём воды) больше объёма, занимаемого перемешанными крупами: одна мера плюс одна мера меньше двух мер. Предложенная модель является только грубым приближением, показывающим, что между молекулами жидкости есть промежутки даже при несжимаемости жидкости. Строго говоря, надо учитывать взаимодействие молекул, а не только их взаимодействие с Землёй.

Опыт №2: Моделирование проникновения молекул одного вещества между молекулами другого (Смешивание известных объёмов воды и песка также является хорошей моделью проникновения молекул одного вещества между молекулами другого(обычно это демонстрируется при смешивании воды и этилового спирта) .

Я взяла два сосуда: один полностью наполнила водой, а другой таким же объёмом песка. Затем я воду вылила в сосуд с песком. Сравнила полученный объем песка с двойным объемом воды.

Результат: Объём смеси воды и песка в пробирке меньше суммы объёмов воды и песка

Вывод: Опыты 1 и 2 доказывают, что между частицами вещества существуют промежутки; во время диффузии они заполняются частицами вещества.

Опыт № 3 : Опыт с марганцовкой.

Я бросила в стакан немного марганцовки сверху осторожно добавила чистой воды. Вначале между водой и марганцовкой будет видна резкая граница, которая через несколько часов будет не такой резкой. Граница, отделяющая одну жидкость от другой, исчезнет. В сосуде образуется однородная жидкость фиолетового цвета.

Результат: Молекулы марганцовки оказались в нижнем слое воды, а молекулы воды переместились в верхний слой марганцовки.

Вывод: Опыт 3 доказывает, что все тела состоят из молекул, которые находятся в непрерывном движении.

На дно стеклянного сосуда я налила немного нашатырного спирта, а ваткой, смоченной фенолфталеином, накрыла его. Затем рассчитала скорость распространения молекул аммиака :v=s/t=0,175м /5,2 с=0,033м/с

Где s – расстояние от уровня нашатырного спирта до диска, смоченного фенолфталеином,

t- время от начала опыта до окрашивания диска

Результат: Ватку с фенолфталеином окрашивают молекулы нашатырного спирта. Известно, что масса молекулы нашатырного спирта 17 а.е.м., масса молекулы воздуха 29 а.е.м., следовательно, перемешивание молекул происходит не под действием силы тяжести, а вследствие теплового движения.

Опыт №5: Диффузия в твердых телах

На кусочки льда я насыпала порошок марганцовки, поместила все в пакет и оставила в морозильной камере.

Результат: Через 12 дней видно, что произошло частичное окрашивание кусочков льда.

Вывод: Опыты 4-5 показывают, что скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества. В газах диффузия протекает с наибольшей скоростью, а в твердых телах с наименьшей.

Опыт 6: Диффузия в холодной и горячей воде

Я взяла два сосуда один с горячей, а другой с холодной водой. Затем я добавила в оба сосуда синюю краску.

Результат: За одинаковое время в горячей воде равномерное окрашивание происходило быстрее, чем в холодной.

Вывод: Опыт 6 показывает, что диффузия происходит быстрее в том сосуде, где температура воды выше.

Цель опроса: привлечь внимание людей к экологической проблеме, а также узнать, как они информированы об этой проблеме и что делают на бытовом уровне.

1. Помните ли вы что такое диффузия?

2. Знаете ли вы, какую роль играет диффузия в жизни животных и растений?

3. Влияет ли диффузия на экологию?

4. Важно ли для вас лично информация об экологии?

5. Готовы ли вы участвовать в улучшении экологии за собственную плату?

6. Хотите ли вы изменить экологию в лучшую сторону?

7. Хотите ли вы получить дополнительные знания об экологии?

Варианты ответов: да; нет, затрудняюсь ответить

Анализ полученных результатов

Опрос проводился анонимно. В анкетировании принимали участие 40 человек – учащиеся 9 и 11 классов и 15 взрослых людей.

Результаты социологического опроса показали, что взрослые к проблемам экологии относятся более серьезно.

источник