Dom-Auto-NetAngels - profesionalni hosting. Promatranje difuzije u vodi i utjecaja temperature na brzinu difuzije Od kojeg faktora ovisi brzina difuzije?

NetAngels - profesionalni hosting. Promatranje difuzije u vodi i utjecaja temperature na brzinu difuzije Od kojeg faktora ovisi brzina difuzije?

Fizika je jedna od najzanimljivijih, najmisterioznijih i istovremeno logičnih nauka. Objašnjava sve što se može objasniti, čak i kako čaj postaje sladak, a supa slana. Pravi fizičar bi rekao drugačije: ovako nastaje difuzija u tečnostima.

Difuzija

Difuzija je magični proces prodiranja najsitnijih čestica jedne supstance u međumolekularne prostore druge. Inače, takav prodor je obostran.

Znate li kako se ova riječ prevodi sa latinskog? Širenje, širenje.

Kako dolazi do difuzije u tečnostima?

Difuzija se može posmatrati tokom interakcije bilo koje supstance: tečne, gasovite i čvrste.

Da biste saznali kako se difuzija odvija u tekućinama, možete pokušati baciti nekoliko zrna boje, mljevenog olova ili, na primjer, kalijum permanganata u prozirnu posudu sa čista voda. Bolje je da je ova posuda visoka. Šta ćemo vidjeti? U početku će kristali potonuti na dno pod utjecajem gravitacije, ali nakon nekog vremena oko njih će se pojaviti oreol obojene vode, koji će se širiti i širiti. Ako ovim posudama ne priđemo barem nekoliko sedmica, vidjet ćemo da će voda postati gotovo potpuno obojena.

Drugi jasan primjer. Da bi se šećer ili sol brže otopili potrebno ih je razmutiti u vodi. Ali ako se to ne učini, šećer ili sol će se nakon nekog vremena sami otopiti: čaj ili kompot će postati slatki, a supa ili salamura će postati slani.

Kako dolazi do difuzije u tečnostima: iskustvo

Da biste utvrdili kako brzina difuzije ovisi o temperaturi tvari, možete provesti mali, ali vrlo indikativan eksperiment.

Uzmimo dvije čaše iste zapremine: jednu sa hladnom vodom, drugu sa toplom vodom. Sipajte jednaku količinu instant praha (na primjer, kafu ili kakao) u obje čaše. U jednoj od posuda prašak će početi da se intenzivnije otapa. Znate li koji tačno? Možete li pogoditi? Gdje je temperatura vode viša! Na kraju krajeva, difuzija se javlja tokom nasumičnih haotičnih kretanja molekula i kada visoke temperature ovo kretanje se dešava mnogo brže.

Difuzija se može dogoditi u bilo kojoj supstanci; Najveća brzina je u gasovima. Zbog toga se ne može čuvati u frižideru. puter pored haringe ili masti, naribane sa sitno iseckanim belim lukom. Slijede tekućine (od najmanje do najveće gustine). A najsporija je difuzija čvrstih materija. Iako na prvi pogled, difuzija ne postoji u čvrstim materijama.

Apsolutno svi ljudi su čuli za takav koncept kao što je difuzija. Ovo je bila jedna od tema na časovima fizike u 7. razredu. Unatoč činjenici da nas ovaj fenomen okružuje apsolutno posvuda, malo ljudi zna za njega. Šta to uopšte znači? sta je to fizičko značenje , a kako uz njegovu pomoć možete olakšati život? Danas ćemo pričati o tome.

Difuzija u fizici: definicija

To je proces prodiranja molekula jedne tvari između molekula druge tvari. Govoreći jednostavnim jezikom, ovaj proces se može nazvati miješanjem. Tokom ovoga miješanjem nastaje uzajamno prodiranje molekula tvari međusobno. Na primjer, pri pravljenju kafe, molekuli instant kafe prodiru u molekule vode i obrnuto.

Brzina ovog fizičkog procesa zavisi od sledećih faktora:

  1. Temperatura.
  2. Agregatno stanje supstance.
  3. Spoljni uticaj.

Što je temperatura supstance viša, to se molekuli brže kreću. dakle, proces mešanja javlja se brže na visokim temperaturama.

Agregatno stanje materije - najvažniji faktor. U svakom stanju agregacije, molekuli se kreću određenom brzinom.

Difuzija se može pojaviti u sljedećim stanjima agregacije:

  1. Tečnost.
  2. Solid.

Najvjerovatnije će čitalac sada imati sljedeća pitanja:

  1. Koji su uzroci difuzije?
  2. Gdje se to događa brže?
  3. Kako se koristi u stvarnom životu?

Odgovore na njih možete pronaći u nastavku.

Uzroci

Apsolutno sve na ovom svijetu ima svoj razlog. I difuzija nije izuzetak. Fizičari savršeno razumiju razloge za njegovu pojavu. Kako ih dovesti do obicna osoba?

Sigurno su svi čuli da su molekuli u stalnom kretanju. Štaviše, ovo kretanje je neuređeno i haotično, a brzina mu je vrlo velika. Zahvaljujući tom kretanju i stalnom sudaru molekula dolazi do njihovog međusobnog prodiranja.

Ima li dokaza o ovom pokretu? Svakako! Sjećate se kako ste brzo počeli osjetiti miris parfema ili dezodoransa? A miris hrane koju priprema tvoja majka u kuhinji? Zapamtite koliko brzo priprema čaja ili kafe. Sve ovo se ne bi moglo dogoditi da nije bilo kretanja molekula. Zaključujemo da je glavni razlog difuzije stalno kretanje molekula.

Sada ostaje samo jedno pitanje - šta je izazvalo ovaj pokret? Pokreće ga želja za ravnotežom. Odnosno, u supstanci postoje područja s visokim i niskim koncentracijama ovih čestica. I zahvaljujući toj želji, oni se stalno kreću iz područja visoke koncentracije u nisku koncentraciju. Stalno su sudaraju jedno s drugim, i dolazi do međusobnog prodiranja.

Difuzija u gasovima

Proces miješanja čestica u plinovima je najbrži. Može se pojaviti između homogenih plinova i između plinova različitih koncentracija.

Živopisni primjeri iz života:

  1. Osvježivač zraka osjetite kroz difuziju.
  2. Osjetite miris hrane koja se kuha. Imajte na umu da ga počinjete osjećati odmah, ali miris osvježivača nakon nekoliko sekundi. To se objašnjava činjenicom da je pri visokim temperaturama brzina kretanja molekula veća.
  3. Suze koje dobijete kada seckate luk. Molekuli luka se miješaju s molekulima zraka, a vaše oči reagiraju na to.

Kako dolazi do difuzije u tečnostima?

Difuzija u tečnostima je sporija. Može trajati od nekoliko minuta do nekoliko sati.

Najupečatljiviji primjeri iz života:

  1. Kuvanje čaja ili kafe.
  2. Mešanje vode i kalijum permanganata.
  3. Priprema otopine soli ili sode.

U tim slučajevima, difuzija se javlja vrlo brzo (do 10 minuta). Međutim, ako se na proces primjenjuje vanjski utjecaj, na primjer, miješanje ovih otopina žlicom, tada će proces ići mnogo brže i neće trajati više od jedne minute.

Difuzija pri miješanju gušćih tekućina će trajati mnogo duže. Na primjer, miješanje dva tečna metala može potrajati nekoliko sati. Naravno, to možete učiniti za nekoliko minuta, ali u ovom slučaju će uspjeti legura niske kvalitete.

Na primjer, difuzija pri miješanju majoneze i pavlake će potrajati jako dugo. Međutim, ako pribjegnete pomoći vanjskog utjecaja, tada ovaj proces neće trajati ni minut.

Difuzija u čvrstim materijama: primjeri

U čvrstim materijama, međusobno prodiranje čestica odvija se vrlo sporo. Ovaj proces može potrajati nekoliko godina. Njegovo trajanje ovisi o sastavu tvari i strukturi njene kristalne rešetke.

Eksperimenti koji dokazuju da difuzija u čvrstim materijama postoji.

  1. Adhezija dvije ploče od različitih metala. Ako ove dvije ploče držite blizu jedna drugoj i pod pritiskom, u roku od pet godina između njih će biti sloj širine 1 milimetar. Ovaj mali sloj će sadržavati molekule oba metala. Ove dvije ploče će biti spojene zajedno.
  2. Vrlo tanak sloj zlata nanosi se na tanki olovni cilindar. Nakon čega se ova struktura stavlja u rernu na 10 dana. Temperatura vazduha u rerni je 200 stepeni Celzijusa. Nakon što je ovaj cilindar izrezan na tanke diskove, bilo je vrlo jasno vidljivo da je olovo prodrlo u zlato i obrnuto.

Primjeri difuzije u okolini

Kao što ste već shvatili, što je medij teži, to je manja brzina miješanje molekula. Hajde sada da razgovaramo o tome gde u stvarnom životu možete dobiti praktične koristi od ovog fizičkog fenomena.

Proces difuzije se stalno dešava u našim životima. Čak i kada ležimo na krevetu, vrlo tanak sloj naše kože ostaje na površini plahte. Takođe upija znoj. Zbog toga se krevet zaprlja i treba ga promijeniti.

Dakle, manifestacija ovog procesa u svakodnevnom životu može biti kako slijedi:

  1. Kada puter namažete na kruh, on se upija u njega.
  2. Prilikom kiseljenja krastavaca, sol prvo difundira s vodom, nakon čega slana voda počinje da difundira s krastavcima. Kao rezultat dobijamo ukusna užina. Banke treba zamotati. To je neophodno kako bi se osiguralo da voda ne ispari. Tačnije, molekuli vode ne bi trebali difundirati s molekulima zraka.
  3. Prilikom pranja posuđa molekuli vode i deterdženta prodiru u molekule preostalih komada hrane. To im pomaže da se skinu sa tanjira i učine ga čistijim.

Manifestacija difuzije u prirodi:

  1. Proces oplodnje nastaje upravo zbog ovog fizičkog fenomena. Molekuli jajne ćelije i spermatozoida difundiraju, nakon čega se pojavljuje embrion.
  2. Đubrenje tla. Korištenjem određenih kemikalija ili komposta tlo postaje plodnije. Zašto se ovo dešava? Ideja je da se molekuli gnojiva difundiraju s molekulima tla. Nakon toga dolazi do procesa difuzije između molekula tla i korijena biljke. Zahvaljujući tome, sezona će biti produktivnija.
  3. Miješanje industrijskog otpada sa zrakom ga uvelike zagađuje. Zbog toga, zrak u krugu od jednog kilometra postaje vrlo prljav. Njegovi molekuli difundiraju s molekulima čistog zraka iz susjednih područja. Tako se ekološka situacija u gradu pogoršava.

Manifestacija ovog procesa u industriji:

  1. Silikonizacija je proces difuznog zasićenja silicijumom. Izvodi se u atmosferi gasa. Silicijum zasićeni sloj dijela nema veliku tvrdoću, ali ima visoku otpornost na koroziju i povećanu otpornost na habanje u morskoj vodi, dušičnoj, klorovodičnoj i sumpornoj kiselini.
  2. Difuzija u metalima igra važnu ulogu u proizvodnji legura. Da bi se dobila visokokvalitetna legura, potrebno je proizvoditi legure na visokim temperaturama i pod vanjskim utjecajima. Ovo će značajno ubrzati proces difuzije.

Ovi procesi se javljaju u različitim industrijama:

  1. Electronic.
  2. Semiconductor.
  3. Mašinstvo.

Kao što razumete, proces difuzije može imati i pozitivne i negativne efekte na naše živote. Morate biti u stanju upravljati svojim životom i maksimizirati koristi od ovog fizičkog fenomena, kao i minimizirati štetu.

Sada znate suštinu takvog fizičkog fenomena kao što je difuzija. Sastoji se u međusobnom prodiranju čestica zbog njihovog kretanja. A u životu se apsolutno sve kreće. Ako ste student, onda ćete nakon čitanja našeg članka sigurno dobiti ocjenu 5. Sretno!

Difuzija

Primjer difuzije je miješanje plinova (na primjer, širenje mirisa) ili tekućina (ako se tinta ispusti u vodu, tekućina će nakon nekog vremena postati jednolično obojena). Drugi primjer je povezan s čvrstim tijelom: atomi metala u kontaktu se miješaju na kontaktnoj granici. Difuzija čestica igra važnu ulogu u fizici plazme.

Obično se pod difuzijom podrazumijevaju procesi praćeni prijenosom tvari, ali ponekad se difuzijom nazivaju i drugi procesi prijenosa: toplinska provodljivost, viskozno trenje itd.

Brzina difuzije zavisi od mnogih faktora. Dakle, u slučaju metalne šipke, toplotna difuzija se dešava vrlo brzo. Ako je štap napravljen od sintetičkog materijala, termička difuzija se odvija sporo. Difuzija molekula u opštem slučaju teče još sporije. Na primjer, ako se komad šećera stavi na dno čaše vode i voda se ne miješa, bit će potrebno nekoliko sedmica prije nego što otopina postane homogena. Difuzija jedne čvrste supstance u drugu odvija se još sporije. Na primjer, ako je bakar presvučen zlatom, tada će doći do difuzije zlata u bakar, ali u normalnim uvjetima (sobna temperatura i atmosferski tlak) sloj koji sadrži zlato će tek nakon nekoliko hiljada godina dostići debljinu od nekoliko mikrona.

Kvantitativni opis procesa difuzije dao je njemački fiziolog A. Fick ( engleski) 1855. godine

Opšti opis

Sve vrste difuzije podležu istim zakonima. Brzina difuzije je proporcionalna površini poprečnog presjeka uzorka, kao i razlici u koncentracijama, temperaturama ili nabojima (u slučaju relativno malih vrijednosti ovih parametara). Dakle, toplota će se širiti četiri puta brže kroz štap prečnika dva centimetra nego kroz štap prečnika jedan centimetar. Ova toplina će se širiti brže ako je temperaturna razlika u jednom centimetru 10°C umjesto 5°C. Brzina difuzije je također proporcionalna parametru koji karakterizira određeni materijal. U slučaju termičke difuzije, ovaj parametar se naziva toplotna provodljivost, u slučaju toka električnih naboja - električna provodljivost. Količina tvari koja difundira tijekom danog vremena i udaljenost koju difuzna tvar prijeđe proporcionalni su kvadratnom korijenu vremena difuzije.

Difuzija je proces na molekularnom nivou i određen je nasumičnom prirodom kretanja pojedinačnih molekula. Brzina difuzije je stoga proporcionalna prosječnoj brzini molekula. U slučaju plinova, prosječna brzina malih molekula je veća, naime, obrnuto je proporcionalna kvadratnom korijenu mase molekula i raste s porastom temperature. Često se nalaze procesi difuzije u čvrstim materijama na visokim temperaturama praktična primjena. Na primjer, određene vrste katodnih cijevi (CRT) koriste metalni torij difundiran kroz metal volfram na 2000 °C.

Ako je u mješavini plinova masa jednog molekula četiri puta veća od druge, tada se takav molekul kreće dvostruko sporije od kretanja u čistom plinu. Shodno tome, njegova brzina difuzije je također niža. Ova razlika u brzini difuzije lakih i teških molekula koristi se za razdvajanje supstanci različite molekulske težine. Primjer je odvajanje izotopa. Ako se kroz poroznu membranu propušta plin koji sadrži dva izotopa, lakši izotopi prolaze kroz membranu brže od težih. Radi boljeg odvajanja, proces se provodi u nekoliko faza. Ovaj proces se široko koristio za odvajanje izotopa uranijuma (odvajanje 235 U od mase 238 U). Budući da ova metoda odvajanja zahtijeva mnogo energije, razvijene su druge, ekonomičnije metode odvajanja. Na primjer, upotreba toplinske difuzije u plinskom okruženju je široko razvijena. Gas koji sadrži mješavinu izotopa stavlja se u komoru u kojoj se održava prostorna temperaturna razlika (gradijent). U ovom slučaju, teški izotopi se s vremenom koncentrišu u hladnom području.

Fickove jednadžbe

Sa gledišta termodinamike, pokretački potencijal bilo kojeg procesa nivelacije je povećanje entropije. Pri konstantnom pritisku i temperaturi uloga takvog potencijala je hemijski potencijal µ , koji određuje održavanje tokova materije. Protok čestica materije je proporcionalan potencijalnom gradijentu

~

U većini praktičnih slučajeva, koncentracija se koristi umjesto hemijskog potencijala C. Direktna zamjena µ on C postaje netačan u slučaju visokih koncentracija, budući da hemijski potencijal više nije povezan s koncentracijom prema logaritamskom zakonu. Ako ne uzmemo u obzir takve slučajeve, onda se gornja formula može zamijeniti sljedećim:

što pokazuje da je gustina protoka supstance J proporcionalno koeficijentu difuzije D[()] i gradijent koncentracije. Ova jednačina izražava Fikov prvi zakon. Fickov drugi zakon odnosi se na prostorne i vremenske promjene koncentracije (difuziona jednačina):

Koeficijent difuzije D zavisi od temperature. U velikom broju slučajeva, u širokom temperaturnom rasponu, ova zavisnost je Arrheniusova jednačina.

Dodatno polje primijenjeno paralelno s gradijentom hemijskog potencijala remeti stabilno stanje. U ovom slučaju, procesi difuzije su opisani nelinearnom Fokker-Planck-ovom jednačinom. Difuzijski procesi imaju velika vrijednost u prirodi:

  • Prehrana, disanje životinja i biljaka;
  • Prodor kiseonika iz krvi u ljudska tkiva.

Geometrijski opis Fickove jednadžbe

U drugoj Fickovoj jednadžbi, na lijevoj strani je brzina promjene koncentracije tokom vremena, a na desnoj strani jednačine je drugi parcijalni izvod, koji izražava prostornu raspodjelu koncentracije, posebno konveksnost temperature. funkcija distribucije projektovana na x-osu.

Vidi također

  • Površinska difuzija je proces povezan s kretanjem čestica koje se dešava na površini kondenzovanog tijela unutar prvog površinskog sloja atoma (molekula) ili na vrhu ovog sloja.

Bilješke

Književnost

  • Bokshtein B. S. Atomi lutaju oko kristala. - M.: Nauka, 1984. - 208 str. - (Biblioteka "Kvant". Broj 28). - 150.000 primeraka.

Linkovi

  • Difuzija (video lekcija, program za 7. razred)
  • Difuzija atoma nečistoća na površini jednog kristala

Wikimedia Foundation.

2010.:

Sinonimi

Zašto vidite ovu poruku? Ako ste njen vlasnik, koristite uputstva za prepaid hosting sajt je istekao. Ako ste njen vlasnik, morate dopuniti svoje stanje. Vlasnik web stranice je odlučio da je onemogući.

NetAngels :: Profesionalni hosting

Tel.: 8-800-2000-699 (Poziv unutar Ruske Federacije je besplatan)

Hosting je usluga postavljanja web stranice na server provajdera ili servera na stranicu provajdera (u data centru), tj. obezbeđivanje danonoćne internet veze, neprekidno napajanje i hlađenje. U osnovi, potražnja za hosting web stranicama je mnogo veća nego za hosting serverima, jer je obično hostovanje vlastitih servera potrebno samo za prilično velike web stranice ili portale. Također, same hosting stranice nazivaju se web lokacijama ili serverima koji pružaju ovu uslugu.

Tekst rada je objavljen bez slika i formula.
Puna verzija rad je dostupan na kartici "Radni fajlovi" u PDF formatu

Uvod

Difuzija igra veliku ulogu u prirodi, ljudskom životu i tehnologiji. Procesi difuzije mogu imati i pozitivne i negativne učinke na život ljudi i životinja. Primjer pozitivnog utjecaja je održavanje ujednačenog sastava atmosferskog zraka u blizini površine Zemlje. Difuzija igra važnu ulogu u raznim oblastima nauke i tehnologije, u procesima koji se odvijaju u živoj i neživoj prirodi. Utiče na tok hemijskih reakcija.

Uz učešće difuzije ili kada se ovaj proces poremeti i promeni, mogu se javiti negativne pojave u prirodi i životu čoveka, kao što je ekstenzivno zagađenje životne sredine proizvodima tehničkog napretka čoveka.

Relevantnost: Difuzija dokazuje da su tijela sastavljena od molekula koji su u nasumičnom kretanju; Difuzija je od velike važnosti u životu ljudi, životinja i biljaka, kao iu tehnologiji.

Cilj:

    dokazati da difuzija zavisi od temperature;

    razmotriti primjere difuzije u kućnim eksperimentima;

    pobrinite se da se difuzija odvija različito u različitim supstancama.

    Razmotrite termičku difuziju supstanci.

Ciljevi istraživanja:

    Proučite naučnu literaturu na temu “Difuzija”.

    Dokazati ovisnost brzine difuzije o vrsti tvari i temperaturi.

    Proučavati uticaj fenomena difuzije na životnu sredinu i ljude.

    Opišite i dizajnirajte najzanimljivije eksperimente difuzije.

Metode istraživanja:

    Analiza literature i internet materijala.

    Provođenje eksperimenata za proučavanje ovisnosti difuzije o vrsti tvari i temperaturi.

    Analiza rezultata.

Predmet istraživanja: fenomen difuzije, zavisnost toka difuzije od raznih faktora, manifestacija difuzije u prirodi, tehnologiji i svakodnevnom životu.

hipoteza: Difuzija je od velike važnosti za ljude i prirodu.

1.Teorijski dio

1.1.Šta je difuzija

Difuzija je spontano miješanje supstanci u kontaktu, koje nastaje kao rezultat haotičnog (neurednog) kretanja molekula.

Druga definicija: difuzija ( lat. diffusio- širenje, širenje, disipacija) - proces prijenosa materije ili energije iz područja visoke koncentracije u područje niske koncentracije.

Najviše poznati primjer difuzija je mešanje gasova ili tečnosti (ako se mastilo ispusti u vodu, tečnost će posle nekog vremena postati jednolično obojena).

Difuzija se javlja u tečnostima, čvrstim materijama i gasovima. Difuzija se najbrže odvija u plinovima, sporije u tekućinama, a još sporije u čvrstim tvarima, što je zbog prirode toplinskog kretanja čestica u tim medijima. Putanja svake gasne čestice je isprekidana linija, jer Prilikom sudara, čestice mijenjaju smjer i brzinu svog kretanja. Vjekovima su radnici varili metale i proizvodili čelik zagrijavanjem čvrstog željeza u atmosferi ugljika, a da nisu imali ni najmanju predstavu o procesima difuzije koji se dešavaju tokom ovog procesa. Tek 1896 počeo proučavati problem.

Difuzija molekula je veoma spora. Na primjer, ako se komad šećera stavi na dno čaše vode i voda se ne miješa, bit će potrebno nekoliko sedmica prije nego što otopina postane homogena.

1.2. Uloga difuzije u prirodi

Uz pomoć difuzije, razne plinovite tvari se šire u zraku: na primjer, dim vatre širi se na velike udaljenosti. Ako pogledate dimnjake preduzeća i izduvne cijevi automobila, u mnogim slučajevima možete vidjeti dim u blizini cijevi. A onda negdje nestane. Dim se rastvara u zraku zbog difuzije. Ako je dim gust, onda se njegova perjanica proteže prilično daleko.

Rezultat difuzije može biti izjednačavanje temperature u prostoriji tokom ventilacije. Tako nastaje zagađenje zraka štetnih proizvoda industrijska proizvodnja i izduvni gasovi vozila. Prirodni zapaljivi plin koji koristimo kod kuće je bezbojan i bez mirisa. Ako dođe do curenja, nemoguće ga je primijetiti, pa se na distribucijskim stanicama plin miješa sa posebnom tvari koja ima oštar, neugodan miris, koji ljudi lako percipiraju čak i pri vrlo niskoj koncentraciji. Ova mjera opreza vam omogućava da brzo primijetite nakupljanje plina u prostoriji ako dođe do curenja (slika 1).

Zahvaljujući fenomenu difuzije, donji sloj atmosfere - troposfera - sastoji se od mješavine plinova: dušika, kisika, ugljičnog dioksida i vodene pare. U nedostatku difuzije, do razdvajanja bi došlo pod uticajem gravitacije: na dnu bi bio sloj teškog ugljen-dioksida, iznad njega - kiseonika, iznad - azota, inertnih gasova (slika 2).

Ovu pojavu posmatramo i na nebu. Raspršeni oblaci su takođe primer difuzije, i kao što je F. Tyutchev tačno rekao o tome: „Oblaci se tope na nebu...“ (Sl. 3)

Princip difuzije se zasniva na mešanju slatke vode sa slanom vodom kada se reke ulivaju u mora. Difuzija rastvora različitih soli u tlu doprinosi normalnoj ishrani biljaka.

Difuzija igra važnu ulogu u životu biljaka i životinja. Mravi označavaju svoj put kapljicama mirisne tečnosti i pronalaze put kući (slika 4)

Zahvaljujući difuziji, insekti pronalaze hranu. Leptiri, lepršajući između biljaka, uvijek pronađu put do njih prelep cvet. Pčele, nakon što su otkrile slatki predmet, jurišaju na njega svojim rojem. I biljka raste i cvjeta za njih, zahvaljujući difuziji. Uostalom, kažemo da biljka udiše i izdiše zrak, pije vodu i prima razne mikroaditive iz tla.

Mesojedi također pronalaze svoje žrtve putem difuzije. Morski psi mogu osjetiti miris krvi na udaljenosti od nekoliko kilometara, baš kao i pirane (Slika 5).

Procesi difuzije igraju važnu ulogu u opskrbi prirodnim rezervoarima i akvarijumima kisikom. Kisik dospijeva u dublje slojeve vode u stajaćim vodama zbog difuzije kroz njihovu slobodnu površinu. Na primjer, lišće ili patkica koja prekriva površinu vode može potpuno zaustaviti pristup kisika vodi i dovesti do smrti njenih stanovnika. Iz istog razloga, posude sa uskim vratom nisu pogodne za upotrebu kao akvarijum (slika 6).

Već je napomenuto da postoji mnogo zajedničkog u značenju fenomena difuzije za život biljaka i životinja. Prije svega, treba napomenuti ulogu difuzijske izmjene kroz površinu biljaka u obavljanju respiratorne funkcije. Kod drveća je, na primjer, posebno veliki razvoj površine (lisna kruna), budući da difuzijska izmjena kroz površinu lišća obavlja funkciju disanja. K.A. Timiryazev je rekao: „Bilo da govorimo o ishrani korijena zbog tvari koje se nalaze u tlu, da li govorimo o zračnoj ishrani listova zbog atmosfere ili o ishrani jednog organa na račun drugog, susjednog. - svuda ćemo pribjeći istim razlozima za objašnjenje: difuzija" (slika 7).

Zahvaljujući difuziji, kiseonik iz pluća prodire u ljudsku krv, a iz krvi u tkiva.

IN naučna literatura Proučavao sam proces jednosmjerne difuzije – osmozu, tj. difuzija supstanci kroz polupropusne membrane. Proces osmoze razlikuje se od slobodne difuzije po tome što na granici dviju tekućina u dodiru postoji prepreka u obliku pregrade (membrane), koja je propusna samo za otapalo, a nikako nije propusna za molekule otopljene tvari. (Sl. 8).

Rastvori u zemljištu sadrže mineralne soli i organska jedinjenja. Voda iz tla osmozom ulazi u biljku kroz polupropusne membrane korijenskih dlačica. Koncentracija vode u tlu je veća nego u korijenskim dlačicama, pa voda prodire u zrno i daje život biljci.

1.3. Uloga difuzije u svakodnevnom životu i tehnologiji

Difuzija se koristi u mnogim slučajevima tehnološkim procesima: soljenje, dobijanje šećera (strugotine šećerne repe se ispiru vodom, molekule šećera difunduju iz strugotine u rastvor), pravljenje džema, bojenje tkanina, pranje stvari, cementiranje, zavarivanje i lemljenje metala, uključujući i difuziono zavarivanje u vakuumu (metali koje inače metode ne mogu da se kombinuju - čelik sa livenim gvožđem, srebro sa nerđajućim čelikom itd.) i difuziona metalizacija proizvoda (površinsko zasićenje čeličnih proizvoda aluminijumom, hromom, silicijumom), nitriranje - zasićenje površine čelika azotom ( čelik postaje tvrd, otporan na habanje), karburizacija - zasićenje čeličnih proizvoda ugljikom, cijanidacija - zasićenje površine čelika ugljikom i dušikom.

Širenje mirisa u zraku je najčešći primjer difuzije u plinovima. Zašto se miris ne širi odmah, već nakon nekog vremena? Činjenica je da se, dok se kreću u određenom smjeru, molekuli mirisne tvari sudaraju s molekulima zraka. Putanja svake gasne čestice je isprekidana linija, jer Prilikom sudara, čestice mijenjaju smjer i brzinu svog kretanja.

2. Praktični dio

Koliko se nevjerovatnih i zanimljivih stvari dešava oko nas! Želim da znam mnogo, pokušaj da to i sam objasnim. Iz tog razloga sam odlučio provesti niz eksperimenata, tokom kojih sam pokušao otkriti da li je teorija difuzije zaista valjana i da li je potvrđena u praksi. Svaka teorija se može smatrati pouzdanom samo ako se više puta eksperimentalno potvrđuje.

Eksperiment br. 1 Uočavanje fenomena difuzije u tečnostima

Target: proučavanje difuzije u tečnosti. Posmatrajte otapanje komada kalijum permanganata u vodi na konstantnoj temperaturi (na t = 20°C)

Uređaji i materijali: čaša vode, termometar, kalijum permanganat.

Uzeo sam komadić kalijum permanganata i dvije čaše čiste vode na temperaturi od 20 °C. Stavila je komadiće kalijum permanganata u čaše i počela da posmatra šta se dešava. Nakon 1 minute, voda u čašama počinje bojati.

Voda je dobar rastvarač. Pod utjecajem molekula vode razaraju se veze između molekula čvrstih tvari kalijevog permanganata.

U prvoj čaši nisam miješao otopinu, ali u drugoj jesam. Miješanjem vode (mućkanjem) osigurao sam da se proces difuzije odvija mnogo brže (2 minute)

Boja vode u prvoj čaši postaje intenzivnija kako vrijeme prolazi. Molekuli vode prodiru između molekula kalijum permanganata, razbijajući privlačne sile. Istovremeno sa privlačnim silama između molekula, počinju djelovati sile odbijanja i kao rezultat toga dolazi do uništenja kristalne rešetke čvrste tvari. Proces rastvaranja kalijum permanganata je završen. Eksperiment je trajao 3 sata i 15 minuta. Voda je postala potpuno grimizna (Slika 9-12).

Može se zaključiti da je fenomen difuzije u tekućini dugotrajan proces, uslijed kojeg se krute tvari rastvaraju.

Hteo sam da saznam o čemu još zavisi brzina difuzije.

Eksperiment br. 2 Studija zavisnosti brzine difuzije od temperature

Cilj: proučavati kako temperatura vode utiče na brzinu difuzije.

Uređaji i materijali: termometri - 1 komad, štoperica - 1 komad, čaše - 4 komada, čaj, kalijum permanganat.

(iskustvo pripreme čaja na početnoj temperaturi od 20°C i na temperaturi od 100°C u dvije čaše).

Uzeli smo dvije čaše vode na t=20°C i t=100°C. Slike pokazuju tok eksperimenta određeno vrijeme od početka: na početku eksperimenta - sl. 1, nakon 30 s. - Slika 2, nakon 1 minute. - Slika 3, nakon 2 minuta. - Slika 4, nakon 5 minuta. - pirinač 5, nakon 15 minuta. - Slika 6. Iz ovog iskustva možemo zaključiti da na brzinu difuzije utiče temperatura: što je temperatura viša, to je veća brzina difuzije (Slika 13-17).

Dobio sam iste rezultate kada sam umjesto čaja popio 2 čaše vode. Jedan od njih je sadržavao vodu sobne temperature, drugi je imao kipuću vodu.

U svaku čašu stavljam istu količinu kalijum permanganata. U čaši gdje je temperatura vode bila viša, proces difuzije tekao je mnogo brže (Sl. 18-23.)

Stoga, brzina difuzije ovisi o temperaturi - što je temperatura viša, to je intenzivnija difuzija.

Eksperiment br. 3 Posmatranje difuzije upotrebom hemijskih reagensa

Cilj: Promatranje fenomena difuzije na daljinu.

Oprema: vata, amonijak, fenolftalein, epruveta.

Opis iskustva: Sipajte amonijak u epruvetu. Navlažite komad vate fenolftaleinom i stavite ga na vrh epruvete. Nakon nekog vremena uočavamo obojenost flisa (sl. 24-26).

Amonijak isparava; molekuli amonijaka su prodrli u vatu natopljenu fenolftaleinom i ona je postala obojena, iako vata nije dovedena u kontakt sa alkoholom. Molekuli alkohola su se pomiješali s molekulima zraka i stigli do vate. Ovaj eksperiment demonstrira fenomen difuzije na daljinu.

Iskustvo br. 4. Uočavanje fenomena difuzije u gasovima

Cilj: proučavanje promjena difuzije plinova u zraku ovisno o promjenama sobne temperature.

Uređaji i materijali: štoperica, parfem, termometar

Opis iskustva i dobijenih rezultata: Proučavao sam vrijeme širenja mirisa parfema u kancelariji V = 120 m 3 na temperaturi t = +20 0. Zabilježeno je vrijeme od početka širenja mirisa u prostoriji do očigledne osjetljivosti kod ljudi koji su stajali na udaljenosti od 10 m od predmeta koji se proučava (parfem). (Slika 27-29)

Eksperiment br. 5 Otapanje komada gvaša u vodi na konstantnoj temperaturi

Cilj:

Uređaji i materijali: tri čaše, voda, gvaš tri boje.

Opis iskustva i dobijenih rezultata:

Uzeli su tri čaše, napunjene vodom t = 25 0 C i ubacili identične komade gvaša u čaše.

Počeli smo da posmatramo otapanje gvaša.

Fotografije su snimljene nakon 1 minuta, 5 minuta, 10 minuta, 20 minuta, rastvaranje je završeno nakon 4 sata i 19 minuta (Slika 30-34)

Eksperiment br. 6 Uočavanje fenomena difuzije u čvrstim materijama

Cilj: posmatranje difuzije u čvrstim materijama.

Uređaji i materijali: jabuka, krompir, šargarepa, zeleni rastvor, pipeta.

Opis iskustva i dobijenih rezultata:

Jabuku, šargarepu i krompir narežite na jednu od polovina.

Promatramo kako se mrlja širi po površini

Sečemo na mestu kontakta sa briljantnom zelenom da vidimo koliko je duboko prodrlo unutra (sl. 35-37)

Kako provesti eksperiment za potvrdu hipoteze o mogućnosti difuzije u čvrstim tvarima? Da li je moguće miješati tvari u takvom agregatnom stanju? Najvjerovatnije je odgovor „Da“. Ali zgodno je posmatrati difuziju u čvrstim materijama (vrlo viskoznim) koristeći guste gelove. Ovo je gusta otopina želatine. Može se pripremiti na sledeći način: 4-5 g suvog jestivog želatina rastvoriti u hladnoj vodi. Želatin prvo mora da bubri nekoliko sati, a zatim se potpuno rastvori mešanjem u 100 ml vode, spusti u posudu sa vrelom vodom. Nakon hlađenja dobija se 4-5% rastvor želatine.

Eksperiment br. 7 Posmatranje difuzije pomoću debelih gelova

Cilj: Uočavanje fenomena difuzije u čvrstim materijama (koristeći gusti rastvor želatine).

Oprema: 4% rastvor želatine, epruveta, mali kristal kalijum permanganata, pinceta.

Opis i rezultat eksperimenta: Stavite rastvor želatine u epruvetu brzo pincetom ubacite kristal kalijum permanganata u sredinu epruvete.

Kristal kalijum permanganata na početku eksperimenta

Položaj kristala u bočici sa rastvorom želatine nakon 1,5 sata

U roku od nekoliko minuta oko kristala će početi rasti kugla ljubičaste boje, koja vremenom postaje sve veća i veća. To znači da se kristalna tvar širi u svim smjerovima istom brzinom (Slika 38-39)

U čvrstim tijelima dolazi do difuzije, ali mnogo sporije nego u tekućinama i plinovima.

Eksperiment br. 8 Temperaturna razlika u tečnosti – termička difuzija

Cilj: Uočavanje fenomena toplinske difuzije.

Oprema: 4 identične staklene posude, 2 boje farbe, topla i hladna voda, 2 plastične kartice.

Opis i rezultat eksperimenta:

1. Dodajte malo crvene boje u posude 1 i 2, plave boje u posude 3 i 4.

2. U posude 1 i 2 sipajte toplu vodu.

3. U posude 3 i 4 sipajte hladnu vodu.

4. Pokrijte posudu 1 plastičnom karticom, okrenite je naopako i stavite na posudu 4.

5. Pokrijte posudu 3 plastičnom karticom, okrenite je naopako i stavite na posudu 2.

6. Uklonite obje kartice.

Ovaj eksperiment pokazuje učinak toplinske difuzije. U prvom slučaju, vruća voda se pojavljuje na vrhu hladne vode, a difuzija se ne događa sve dok se temperature ne izjednače. A u drugom slučaju, naprotiv, pri dnu je vruće, a na vrhu hladno. A u drugom slučaju, molekuli tople vode počinju da teže prema gore, a hladni molekuli počinju da teže prema dole (Slika 41-44).

Zaključak

Tokom ovoga istraživački rad možemo zaključiti da difuzija igra ogromnu ulogu u životu ljudi i životinja.

Iz ovog istraživačkog rada može se zaključiti da trajanje difuzije ovisi o temperaturi: što je temperatura viša, to se difuzija brže odvija.

Proučavao sam fenomen difuzije koristeći različite supstance kao primjer.

Brzina protoka zavisi od vrste supstance: ona teče brže u gasovima nego u tečnostima; u čvrstim tijelima, difuzija se odvija mnogo sporije. Ova izjava se može objasniti na sljedeći način: molekule plina su slobodne, smještene na mnogo udaljenosti više veličina molekuli se kreću velikom brzinom. Molekuli tečnosti su raspoređeni nasumično kao i u gasovima, ali mnogo gušće. Svaki molekul, okružen susjednim molekulima, polako se kreće unutar tekućine. Molekuli čvrstih materija vibriraju oko ravnotežnog položaja.

Postoji termička difuzija.

Spisak korišćene literature

    Gendenstein, L.E. fizika. 7. razred. 1. dio / L.E. Gendenshtein, A.B., Kaidalov. - M: Mnemosyne, 2009.-255 str.;

    Kirillova, I.G. Čitanka iz fizike za učenike 7. razreda srednja škola/ I.G. Kirillova.- M., 1986.-207 str.;

    Olgin, O. Eksperimenti bez eksplozija / O. Olgin - M.: Khimik, 1986.-192 str.;

    Peryshkin, A.V. Udžbenik fizike, 7. razred / A.V. Peryshkin.- M., 2010.-189 str.;

    Razumovsky, V.G. Kreativni problemi u fizici / V.G. Razumovsky.- M., 1966.-159 str.;

    Ryzhenkov, A.P. fizika. Ljudski. Životna sredina: Dodatak udžbeniku fizike za 7. razred obrazovnih ustanova / A.P. Ryzhenkov.- M., 1996.- 120 str.;

    Chuyanov, V.A. Enciklopedijski rečnik mladog fizičara / V.A. Chuyanov.- M., 1984.- 352 str.;

    Shablovsky, V. Zabavna fizika / V. Shablovsky. S.-P., Trigon, 1997.-416 str.

Aplikacija

slika 1

slika 2

slika 3

slika 4

Slika 5

Slika 6

slika 7

Čestice rastvarača (plave) mogu proći kroz membranu,

čestice rastvorene supstance (crvene) nisu.

slika 8

slika 9

slika 10

slika 11

slika 12

Slika 13

slika 14

slika 15

Slika 16

Slika 17

slika 18

slika 19

slika 20

slika 21

slika 22

slika 23

slika 24

slika 25

slika 26

slika 27

slika 28

slika 29

slika 30

slika 31

slika 32

slika 33

slika 34

slika 35

slika 36

Povezane publikacije: