Диффузия при разной температуре опыт – Диффузия в домашних опытах — HintFox

Содержание

Диффузия в домашних опытах — HintFox

Цель работы: доказать, что диффузия зависит от температуры; oo рассмотреть примеры диффузии в домашних опытах; oo убедиться, что диффузия в разных веществах происходит по- разному.

Актуальность: Диффузия доказывает, что тела состоят из молекул, которые находятся в беспорядочном движении; диффузия имеет большое значение в жизни человека, животных и растений, а также в технике

Что такое диффузия?

Диффузия- это самопроизвольное перемешивание соприкасающихся веществ, происходящее вследствие хаотического (беспорядочного)движения молекул.

Еще одно определение: диффузия diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной).

Диффузия происходит в жидкостях, твердых телах и газах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т. к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения. столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твердого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896г. началось изучение проблемы.

Английский металлург Вильям Робертс — Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200[0]С, и держал его в печи 10 дней. Оказалось, что к> через весь цилиндр прошло вполне измеримое количество золота. Это еще раз доказывает. что скорость диффузии очень быстро возрастает с повышением температуры. Например, цинк диффундирует в медь при 300[0]С почти в 100 миллионов раз быстрее, чем при комнатной температуре.

Диффузия молекул протекает очень медленно. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным.

Зависит ли диффузия от температуры?

Явление диффузии можно пронаблюдать дома при заварке чая. При проведение опыта были использованы два стакана с холодной и горячей водой. При заваривании чая было выяснено, что в стакане с горячей водой процесс заваривания происходил быстрее.

В домашних условиях явление диффузии проявляется всюду. Когда мама на кухне режет лук, готовит курицу, варит обед или готовит маринад для заливки овощей, ароматы из кухни распространяется по всей квартире.

Я исследовал зависимость скорости распространения аромата духов в комнате от температуры: из одной части комнаты в другую аромат духов распространился за 20,53 сек. ; затем я разбрызгал духи около настольной лампы, время — 14,03 сек.

Вывод: Скорость диффузии повышается с температурой, так как увеличивается скорость движения молекул.

Диффузия вокруг нас.

Когда лучи солнца попадают в комнату, то можно наблюдать своеобразный >.

По этому поводу Лукреций Кар писал:

Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает

В наши жилища и мрак прорезает своими лучами,

Множество тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,

Мечутся взад и вперёд в лучистом сиянии света.

Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах,

В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя.

В комнатных пылинках благодаря диффузии содержатся частички плесени, молекулы тяжелых металлов, которые содержатся в мебели, отделочных материалах и других квартирных >. С легкостью справляются с токсическими веществами, растворенными в воздухе комнат, комнатные цветы: нефролепис, диффенбахия, молочай, плющ, пеларгония,сансевиерия и т. д. И все это происходит благодаря диффузии

Всем известный столетник (алоэ) способен снизить количество вредных микробов в 4раза, а кактус- опунция в 6-7 раз уменьшает численность плесневых грибов в воздухе. Табачный дым, покрытия из линолеума приносят вред нашему здоровью. Комнатные растения (фикус Бенджамина, традесканция, хлорофитум) могут поглощать и разлагать токсические вещества.

Исследование диффузии в овощах.

Опыт с яблоками

Были использованы яблоки разных сортов: >, >, >.

У яблок сорта > проникновение марганца было медленнее. Этот сорт яблок — зимний, возможно он менее сочный, а их структура более плотная.

Опыт с овощами

Для проведения опыта использованы следующие овощи: репа, морковь, кабачок, картофель

Через три часа было обнаружено, что проникновение марганца в кабачке, картофеле было больше, чем в репе и моркови. Репа и морковь имеют структуру более плотную, и глубина проникновения частиц марганца была меньше.

Диффузия и безопасность

Горючий газ-пропан, которым мы пользуемся дома для приготовления пищи, не имеет ни цвета. Поэтому трудно было бы сразу заметить утечку газа. А при утечке за счет диффузии газ распространяется по всему помещению. и мы ощущаем эту утечку по запаху. Между тем при определенном соотношении газа с воздухом в закрытом помещении образуется смесь, которая может взорваться. Например, от зажжённой спички. Газ может вызвать и отравление людей.

Выводы: oo При диффузии частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами другого вещества , и вещества перемешиваются.

oo Скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.

oo Диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений.

www.hintfox.com

Физические эксперименты. Скорость диффузии в жидкости

Участник: Холоша Дарья Олеговна
Руководитель:Панова Людмила Валентиновна

Цель – установить от чего зависит скорость диффузии в жидкости.

Ссылка на видеоролик https://drive.google.com/file/d/0B9vDER4PAyLzZmdhOGYtNmVidjg/view

Опыты по диффузии

Опыт описан в учебнике А.В.Перышкин «Физика 7 кл».: учебник для общеобразовательных учреждений/ А. В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2012.

Диффузия – явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого (определение из учебника).

Цель – установить от чего зависит скорость диффузии в жидкости.

Диффузия объясняется непрерывным движением молекул вещества, скорость движения зависит от температуры. Поэтому гипотеза– скорость протекания диффузии в жидкости зависит от температуры.

Оборудование: стакан с холодной и горячей водой, марганцовка, лопатка.

Техника безопасности: осторожно обращаться с горячей водой и стеклянной посудой.

Описание хода проведения и результатов опыта.

Взять два стакана с холодной и горячей водой.
С помощью лопатки насыпать марганцовку и пронаблюдать явление.

Наблюдая явление диффузии в стакане с холодной и горячей воды увидела, что процесс диффузии протекает быстрее в горячей воде, чем в холодной. Гипотеза подтвердилась.

Обзор применения рассматриваемого явления на практике: зависимость скорости протекания диффузии от температуры используется во многих технологических процессах: заваривание чая или кофе, засолка, варка варенья, окрашивание тканей, стирка вещей.

На явлении диффузии основан процесс металлизации – покрытия поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физических, химических и механических свойств. Применяется для защиты изделий от коррозии, износа, в декоративных целях. Так, для повышения твердости и жаростойкости стальных деталей применяют цементацию. 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. Также она используется при выплавке многих металлов, например, стали.

Обзор наблюдений рассматриваемого явления в природе: питание растений, насыщение воды кислородом, однородный состав атмосферы, физиологические процессы в организме человека (дыхание и пищеварение).

Наличие интересных фактов о рассматриваемом явлении:

Первое количественное описание процессов диффузии было дано немецким физиологом А. Фиком в 1855 году.

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. Это был чай, процесс заваривания – диффузия.
Диффузия встречается не только в жизни, быту, но и в сказках, пословицах, поговорках.

– Старая ассирийская сказка «Царь Зимаар»: «Был у царя умный советник Аяз, которого он очень уважал. Как обычно бывает в таких случаях, у Аяза были враги, которые его оклеветали перед царем, и тот, послушав их, заключил его в тюрьму. Когда к Аязу пришла жена, он велел ей поймать большого муравья, привязать к его лапке крепкую нитку длиной сорок метров, к свободному концу её привязать верёвку такой же длину и пустить муравья по наружной стене тюрьмы в указанном месте. Как сказал Аяз, так жена и сделала. Сам же Аяз накрошил на окно камеры сахара и муравей по запаху сахара добрался до камеры, где сидел Аяз». Именно это явление спасло Аяза и помогло муравью найти камеру.

– Пословицы и поговорки, которые можно объяснить только благодаря знанию явления диффузии.

Ложка дёгтя в бочке мёда.
Нарезанный лук пахнет и жжёт глаза сильнее
Овощной лавке вывеска не нужна.

Опыты по силе трения

При соприкосновении одного тела с другим возникает взаимодействие, препятствующее их относительному движению, которое называется трением. А силу, характеризующую это взаимодействие, называют силой трения. (из учебника)

Существуют три вида трения: трение покоя, трение скольжения, трение качения.

В УМК Перышкина А.В. исследуется только зависимость силы трения от веса тела, мы добавили эксперименты, о которых говорится косвенно (зависимость от площади поверхности, от рода трущихся поверхностей).

Цель – выяснить, от чего зависит сила трения скольжения.

Оборудование: деревянный брусок, динамометр, набор грузов, наждачная бумага, направляющая рейка.

Выдвижение гипотезы. Сила трения зависит от площади соприкосновения поверхности, от веса тела, от рода соприкасающихся поверхностей.

Описание и соблюдение техники безопасности в ходе проведения экспериментального исследования: быть аккуратным с оорудованием.

Описание хода проведения и результатов опыта:

Положить деревянный брусок на направляющую рейку.
Прикрепить к бруску динамометр и тянуть его равномерно. Динамометр будет показывать силу тяги, равную силе трения. Записать результат.

F_тр = 0, 3Н

Повернуть брусок на другую грань и измерить показания динамометра.

F_тр = 0, 3Н

Вывод: сила трения скольжения не зависит от площади соприкосновения тел.

Измерить силу трения скольжения с одни грузом и двумя грузами.

F_тр = 0, 3Н

F_тр = 0, 5Н (1 груз)

F_тр = 0, 6 Н (2 груза)

Вывод: чем больше сила, прижимающая тело к поверхности (вес тела), тем больше возникающая при этом сила трения.

Измерить силу трения скольжения с одним грузом по наждачной бумаге.

F_тр = 0, 3Н

F_тр = 0, 6 Н (по наждачной бумаге)

Вывод: сила трения зависит от рода соприкасающихся поверхностей (шероховатости поверхности)

Обзор применения рассматриваемого явления на практике: без трения покоя ни люди, ни животные не могли бы ходить по земле, так как при ходьбе происходит отталкивание ногами от земли. Во время гололедицы трение между подошвой обуви и землёй мало, отталкиваться от земли очень трудно и ноги скользят. Для увеличения силы трения между подошвой обуви и льдом, тротуары посыпают песком. Трение обеспечивает скрепление различных материалов, деталей инструментов, различных устройств, сооружений. За счет трения между нитями не расползаются ткани, удерживаются на рукоятках молотки, топоры, лопаты и другие инструменты. Болты с гайками, гвозди, шурупы, клинья, скрепляют части конструкций силой трения. Трение помогает человеку удерживать предметы в руках. Без трения смычка о струны была бы невозможна игра на скрипке или виолончели.

Обзор наблюдений рассматриваемого явления в природе: у многих растений и животных имеются различные органы, служащие для хватания (усики растений, хобот слона, цепкие хвосты лазающих животных). Все они имеют шероховатую поверхность для увеличения силы трения.

Среди живых организмов распространены приспособления (шерсть, щетина, чешуйки, шипы, расположенные наклонно к поверхности), благодаря которым трение получается малым при движении в одном направлении и большим – при движении в противоположном направлении. На этом принципе основано движение дождевого червя. Щетинки, направленные назад, свободно пропускают тело червя вперед, но тормозят обратное движение. При удлинении тела головная часть продвигается вперед, а хвостовая остается на месте, при сокращении головная часть задерживается, а хвостовая подтягивается к ней.

Значительное трение существенно для рабочих поверхностей органов движения. Необходимым условием перемещения является надежное сцепление между движущимся телом и опорой. Сцепление достигается либо заостреньями на конечностях, либо мелкими неровностями, например, щетинками, чешуйками, бугорками. Необходимо значительное трение и для хватательных органов. Интересна их форма: это либо щипцы, захватывающие предмет с двух сторон, либо тяжи, огибающие его. В руке сочетается действие щипцов и полный охват со всех сторон; мягкая кожа ладони хорошо сцепляется с шероховатостями предметов, которые надо удержать.

Наличие интересных фактов о рассматриваемом явлении:

Леонардо да Винчи (1519 год) первый сформулировал законы трения. Он утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе прижатия), направлена против направления движения и не зависит от площади контакта. Модель Леонардо была переоткрыта через 180 лет Г. Амонтоном и получила окончательную формулировку в работах Ш.О. Кулона (1781). Амонтон и Кулон ввели понятие коэффициента трения как отношения силы трения к нагрузке, придав ему значение физической константы, полностью определяющей силу трения для любой пары контактирующих материалов.
Природа силы трения – электромагнитная. Это означает, что причиной её возникновения являются силы взаимодействия между частицами, из которых состоит вещество. Второй причиной возникновения силы трения является шероховатость поверхности. Выступающие части поверхностей задевают друг за друга и препятствуют движению тела. Именно поэтому для движения по гладким (полированным) поверхностям требуется прикладывать меньшую силу, чем для движения по шероховатым.
Пословицы и поговорки: (собранные учениками).

Не подмажешь – не поедешь;
Пошло дело как по маслу;
Угря в руках не удержишь;
Коси коса пока роса;роса долой, и мы домой;
Баба с воза -кобыле легче;

Самый низкий коэффициент трения для твёрдого тела (0,02) имеет тефлон. У каждого современного человека есть на кухне кастрюли и сковородки с антипригарным тефлоновым покрытием.

Опыты по теплопроводности

Опыт описан в учебнике А.В.Перышкин «Физика 8 кл».: учебник для общеобразовательных учреждений/ А. В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2012.

Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии ото одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте. (из учебника)

Все металлы имеют разное строение, поэтому они должны передавать тепло по-разному.

Выдвижение гипотезы. Теплопроводность у разных металлов должна быть различной.

Цель – пронаблюдать теплопроводность металлов.

Оборудование: стержни алюминиевый и латунный, пластилин, иголки, свечка, спички, два штатива.

Описание и соблюдение техники безопасности в ходе проведения экспериментального исследования: соблюдать технику безопасности при работе с свечкой.

Описание хода проведения и результатов опыта:

Прикрепить с помощью пластилина иголки на стрежнях.
Закрепить стержни на штативе.
Зажечь свечку и нагревать стержни.
Пронаблюдать за иголками на стержне.

Наблюдения показали, что иголки от алюминиевого стержня стали отпадать быстрее, чем от латунного.

Вывод: теплопроводность у различных металлов неодинаковая.

Обзор применения рассматриваемого явления на практике: Часто во время тепловой обработки продукта необходимо поддерживать высокую температуру, поэтому на кухне используют металлы, так их теплопроводность и прочность выше, чем у других материалов. Для горячего чая, чтобы не обжечься, выбирая между металлической или фарфоровой чашки нужно выбрать фарфоровую.

Из металла делают кастрюли, сковородки, противни, и другую посуду. Хороший пример использования материалов с высокой теплопроводностью на кухне — плита. Например, конфорки электроплиты сделаны из металла, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла от раскаленной спирали нагревательного элемента к кастрюле или сковородке.

Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью. Медь имеет хорошую теплопроводность и ее используют в паяльниках.

Обзор наблюдений рассматриваемого явления в природе:снег предохраняет озимые от вымерзания; воздух, лёд, снег, жир являются плохими проводниками тепла– это спасает жизнь многим животным, обитающим в лесах и водных средах (тетерев зимой спит, зарывшись головой в снег). Зимой водоёмы покрываются льдом, который препятствует дальнейшему их промерзанию, выживают многие представители водной фауны.

Наличие интересных фактов о рассматриваемом явлении:

Жан Батист Жозеф Фурье ввел понятие «теплопроводность».
Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту. Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.Такой проект реально разработан и испытан!
Итальянские ученые изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Ученые обещают, что летом в ней не будет жарко, а зимой – холодно, поскольку она сшита из специальных материалов. Подобные материалы уже используются при космических полетах.
В старых пулеметах «Максим» нагревание воды предохраняло оружие от расплавления.
Явление, о котором рассказано ниже демонстрирует свойство металлов хорошо проводить тепло.

Если изготовить сетку из проволоки, обеспечив хорошее соединение металла в местах перекрещивания проволоки, и поместить ее над газовой горелкой, то можно при включенном вентиле поджечь газ над сеткой, в то время как под сеткой он гореть не будет. А если зажечь газ под сеткой, то наверх через сетку огонь « не просочится»!

В те времена, когда еще не было электрических шахтерских лампочек, пользовались лампой Дэви.

Это была свеча, «посаженная» в металлическую клетку. И даже, если шахта наполнялась легковоспламеняющимися газами, лампа Дэви была безопасна и не вызывала взрыва – пламя не выходило за пределы лампы, благодаря металлической сетке.

rosuchebnik.ru

условия процесса, примеры. Опыты с жидкостями

Начнем с того, что жидкость является промежуточным агрегатным состоянием. При критической точке кипения она схожа с газами, а при низких температурах проявляются характеристики, аналогичные твердому телу. У жидкости нет идеальной модели, что существенно усложняет описание ее равновесных термодинамических свойств, температуры замерзания, вязкости, диффузии, теплопроводности, поверхностного натяжения, энтропии, энтальпии.

Определение

Что такое диффузия? Это растекание, распространение, передвижение частиц среды, которое приводит к переносу вещества, установлению равновесных концентраций. При отсутствии внешних воздействий данный процесс определяется тепловым движением частичек. В этом случае процесс диффузии связан с концентрацией прямо пропорциональной зависимостью. Диффузионный поток будет меняться аналогично градиенту концентраций.

Разновидности

Если диффузия в жидкости протекает при изменении температур, ее называют термодиффузией, в электрическом поле – электродиффузией.

Процесс движения частиц больших размеров в жидкости либо газе происходит под законам броуновского движения.

Особенности протекания

Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах протекает с разной скоростью. Из-за отличий в характере теплового движения частиц в различных средах, максимальную скорость процесс имеет в газах, а минимальный показатель — в твердых телах.

Траекторией движения частицы является ломаная линия, поскольку периодически меняется направление и скорость. Из-за неупорядоченности движения наблюдается постепенное удаление частицы от первоначального положения. Смещение ее по прямой линии значительно короче того пути, который совершается по ломаной траектории.

Закон Фика

Диффузия в жидкости подчиняется двум законам Фика:

плотность диффузионного потока прямо пропорциональна концентрации с коэффициентом диффузии;
скорость изменения плотности потока диффузии прямо пропорциональна скорости изменения концентрации и имеет обратное направление.

Диффузия в жидкости характеризуется скачками молекул из одного равновесного положения в другое. Каждый такой скачок наблюдается в случае сообщения энергии молекуле в объеме, достаточном для разрыва связи с другими частицами. Средняя величина скачка не превышает расстояния между молекулами.

Рассуждая над тем, что такое диффузия в жидкости, отметим, что процесс зависит от температуры. При ее повышении происходит «разрыхление» структуры жидкости, в результате чего наблюдается резкое увеличение количества перескоков за единицу времени.

Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах имеет некоторые отличительные характеристики. Например, в твердых телах механизм связан с перемещением атомов внутри кристаллической решетки.

Особенности явления

Диффузия в жидкости представляет практический интерес благодаря тому, что он сопровождается выравниванием концентрации вещества в изначально неоднородной среде. С участков, имеющих большую концентрацию, частиц уходит значительно больше.

Эксперименты

Опыты с жидкостями показали, что диффузия имеет особое значение в химической кинетике. Во время протекания химического процесса на поверхности реагирующих веществ или катализатора данный процесс способствует определению скорости отвода продуктов реакции и добавлению исходных реагентов.

Чем объясняется диффузия в жидкостях? Молекулы растворителя способны проникать через полупрозрачные мембраны, в результате чего возникает осмотическое давление. Это явление нашло применение в химических и физических методах разделения веществ.

Биологические системы

В этом случае модели диффузии можно рассматривать на примере поступления в легкие кислорода воздуха, всасывания из кишечника в кровь продуктов пищеварения, поглощения корневыми волосками минеральных элементов. Диффузия ионов происходит во время генерирования мышечными и нервными клетками биоэлектрических импульсов.

Физическим фактором, который влияет на избирательность накопления в клетках организма определенных элементов, является разная скорость проникновения ионов через мембраны клеток. Этот процесс можно выразить законом Фика, заменив величину коэффициента диффузии показателем проницаемости мембраны, а вместо градиента концентрации использовать разность значений с обеих сторон мембраны. При диффузионном проникновении воды и газов в клетку меняются осмотические показатели давления вне и внутри клетки.

Анализируя, от чего зависит диффузия, отметим, что выделяют несколько видов этого процесса. Простая форма связана со свободным переносом ионов и молекул в сторону градиента их электрохимического потенциала. Например, подобный вариант подходит для тех веществ, у которых молекулы имеют незначительные размеры, например, метиловый спирт, вода.

Ограниченный вариант предполагает слабый перенос вещества. Например, в клетку не способны проникать даже небольшие по размерам частицы.

Страницы истории

Диффузия была открыта во время расцвета древнегреческой культуры. Демокрит и Анаксогор были убеждены в том, что любое вещество состоит из атомов. Разнообразие веществ, распространенных в природе, они объясняли соединениями между собой отдельных атомов. Они допускали, что эти частицы могут смешиваться, образуя новые вещества. Среди основателей молекулярно-кинетической теории, которая объяснила механизм протекания диффузии, особую роль сыграл Михаил Ломоносов. Им было дано определение молекуле, атому, объяснен механизм растворения.

Эксперименты

Опыт с сахаром позволяет понять все особенности диффузии. Если в холодный чай положить кусок сахара, постепенно на дне чашки образуется густой сироп. Он виден невооруженным глазом. Через некоторое время сироп равномерно распределится по всему объему жидкости и перестанет быть виден. Данный процесс протекает самопроизвольно и не предполагает перемешивания компонентов раствора. Аналогично происходит распространение по всему объему комнаты аромата духов.

Приведенные опыты свидетельствуют о том, что диффузия является самопроизвольным процессом проникновения молекул одного вещества в другое. Распространение вещества происходит во все стороны, несмотря на наличие силы тяжести. Подобный процесс является прямым подтверждением постоянного движения молекул вещества.

Так, в приведенном выше примере, осуществляется диффузия молекул сахара и воды, которая сопровождается равномерным распределением молекул органического вещества по всему объему жидкости.

Эксперименты позволяют обнаруживать диффузию не только в жидкостях, но и в газообразных веществах. Например, можно установить на весах емкость с парами эфира. Постепенно чашки придут в равновесие, затем стакан с эфиром окажется тяжелее. В чем причина подобного явления?

С течением времени молекулы эфира смешиваются с частицами воздуха, и в комнате начинает ощущаться специфический запах. В курсе физики средней школы рассматривается эксперимент, в котором учитель растворяет крупинку марганцовки (перманганата калия) в воде. Сначала видна четкая траектория движения крупинки, но постепенно весь раствор приобретает равномерный оттенок. На основе проведенного эксперимента педагог объясняет особенности диффузии.

Чтобы выявить факторы, которые влияют на скорость протекания процесса в жидкостях, можно воспользоваться водой разной температуры. В горячей жидкости процесс взаимного перемешивания молекул наблюдается гораздо быстрее, следовательно, существуют прямая зависимость между значением температуры и скоростью протекания диффузии.

Заключение

Опыты, проводимые с газами, жидкостями и твердыми веществами, позволяют сформулировать законы физики, установить зависимость между отдельными величинами.

Именно в результате экспериментов был установлен механизм взаимного проникновения частиц одного вещества в другое, доказана хаотичность их движения. Опытным путем было выявлено, что быстрее всего происходит диффузия в газообразных веществах. Данный процесс имеет огромное значение для живой природы, используется в науке и технике.

Благодаря этому явлению поддерживается однородный состав земной атмосферы. В противном случае наблюдалось бы расслоение тропосферы на отдельные газообразные вещества, и тяжелый углекислый газ, непригодный для дыхания, находился бы ближе всего к поверхности нашей планеты. К чему бы это привело? Живая природа просто перестала бы существовать.

Велика роль диффузии и в растительном мире. Пышную крону деревьев можно объяснить диффузионным обменом через поверхность листьев. В результате осуществляется не только дыхание, но и питание дерева. В настоящее время в сельском хозяйстве применяется внекорневая подкормка кустарников и деревьев, предполагающая опрыскивание кроны специальными химическими составами.

Именно при диффузии растение из почвы получает питательные вещества. Физиологические процессы, протекающие в живых организмах, также связаны с данным явлением. Например, солевой баланс невозможен без диффузии. Огромное значение подобные процессы играют в снабжении озер и рек кислородом. Газ попадает в глубь водоема именно путем диффузии. Если бы такой процесс отсутствовал, жизнь внутри водоема перестала бы существовать.

Прием лекарственных препаратов, позволяющих человеку защищать себя от возбудителей разных заболеваний и улучшать самочувствие, также основывается на диффузии. Это явление применяется при сварке металлов, получении сахарного сока их свекловичной стружки, приготовлении кондитерских изделий. Сложно найти такую отрасль современной промышленности, где бы не применялась диффузия.

fb.ru

Зависит ли диффузия от температуры? — МегаЛекции

V Межрегиональные Мартыновские чтения

Направление- исследовательская работа

«В мире физико- математических наук»

ТАИНСТВЕННАЯ ДИФФУЗИЯ

Агеева Ульяна

Ученица 2 «А»

МБОУ-СОШ №1

р.п.Степное

Советского района

Саратовской области

Руководитель:

Агеева Вероника Геннадиевна

Содержание

Цель и задачи работы:	Стр 3
Актуальность	Стр 3
Введение	Стр 4
Основная часть Явление диффузии- теория.	Стр 4
Явление диффузии- практика.	Стр 5
Опыт –диффузия в жидкости	Стр 5
Опыт с растворением окрашенных конфет	Стр 5
Опыт — диффузия в газах.	Стр 6
Опыт с газами, находящимися под давлением	Стр 7
Опыты с марганцем ( проникновение в зависимости от плотности)	Стр 8
Диффузия и безопасность	Стр 10
Занимательная диффузия: Задача Григория Остера Коля и Витя Колобок	Стр 11
Заключение	Стр 13
Литература	Стр 14

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы:

ü Рассмотреть явление диффузии

Задачи:

ü доказать, что диффузия зависит от температуры;

ü рассмотреть примеры диффузии в домашних опытах;

ü убедиться, что диффузия в разных веществах происходит по- разному.

Актуальность:; диффузия имеет большое значение в жизни человека, животных и растений, а также в технике

Я очень люблю купаться с гелем для душа. А ещё я люблю задавать вопросы. И однажды я задумалась:

ü Почему гель в воде растворяется?

ü Почему запах геля не исчезает даже после купания?

Я задала эти вопросы своему тьютору Валерии, а она произнесла таинственное слово: «ДИФФУЗИЯ» Я тут же принялась искать ответ на новый вопрос: что же это такое? За ответом мы обратились за помощью к учителю физики ( не зря же мы в этом году на занятиях кружка стали с физикой знакомиться). Вот что мы с Валерией услышали.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ЯВЛЕНИЕ ДИФФУЗИИ- ТЕОРИЯ.

Диффузия— это самопроизвольное перемешивание соприкасающихся веществ, происходящее вследствие хаотического (беспорядочного)движения молекул.

Ещё одно определение: диффузия(лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

Диффузия происходит в жидкостях, твердых телах и газах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях частицы меняют направление и скорость своего движения. столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твердого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896г. началось изучение проблемы.

Английский металлург Вильям Робертс –Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200⁰С, и держал его в печи 10 дней. Оказалось, что к«чистому концу» через весь цилиндр прошло вполне измеримое количество золота. Это еще раз доказывает. что скорость диффузии очень быстро возрастает с повышением температуры. Например, цинк диффундирует в медь при 300⁰С почти в 100 миллионов раз быстрее, чем при комнатной температуре.

ЯВЛЕНИЕ ДИФФУЗИИ- ПРАКТИКА.

Физическое объяснение мы нашли. Я поняла, что диффузия прослеживается во многих домашних процессах:

а)засолка овощей;

б)получение сахара;

в)варка варенья;

г) окрашивание тканей;

д)стирка вещей и т.д.

И тут же, как обычно, решила познакомиться с тайной поближе. Ведь каждый ребёнок знает: чтобы понять, надо «потрогать». Могу ли я «потрогать» диффузию?

Чтобы попытаться найти ответы на мои вопросы, приступила к этапу второму. От теории я перешла к практике, то есть к опытам.

Купаюсь я в тёплой воде. Гель для душа растворяется в ней довольно быстро. Интересно:

Зависит ли диффузия от температуры?

Опыт –диффузия в жидкости

Была исследована скорость растворения кофе и сахара в воде различной температуры

При проведении опыта были использованы два стакана- с холодной и горячей водой. При заваривании было выяснено, что в стакане с горячей водой процесс растворения происходил быстрее.

Опыт с растворением окрашенных конфет

Вместе мы провели следующий опыт. В ёмкость с холодной водой были помещены 4 конфеты различной окраски. Мы засекли время. Только через 7 минут жидкость начала окрашиваться

Далее в такой же ёмкости мы снова разложили конфеты, и добавили горячую воду. Явление диффузии проявилось через 1,5 минуты.

Вывод: явление диффузии зависит от температуры, при высокой температуре оно проявляется быстрее.

Опыт — диффузия в газах.

С диффузионными процессами в жидкостях я разобралась. А как насчёт запахов, то есть газов?

Когда я на кухне режу лук , готовлю ужин, варю обед или готовлю маринад для заливки овощей ( я очень люблю готовить!), ароматы из кухни распространяются по всей квартире. Это тоже благодаря диффузии

газов- запахов.

Запахи? Я люблю запахи!

Опыт с газами, находящимися под давлением

Я исследовала зависимость скорости распространения аромата в комнате от температуры:

из одной комнаты в другую аромат освежителя воздуха распространился за 20,53 сек;

затем я разбрызгала освежитель около настольной лампы, время — 14,03 сек.

Вывод: Скорость диффузии повышается с температурой, так как при нагревании увеличивается скорость движения молекул.

А ещё именно запах привлекает насекомых- так они помогают опылению растений. ( Я люблю запахи растений. Может, я насекомое? Надо подумать на досуге)

Опыты с марганцем ( проникновение в зависимости от плотности)

Были использованы яблоки разных сортов:«Грей»(2), «Антоновка»(1), «Джонатан»(3).

У яблок сорта «Антоновка»(1) проникновение марганца было медленнее. Этот сорт яблок – зимний, возможно он менее сочный, а их структура более плотная.

Для проведения следующего опыта использованы следующие овощи: репа, морковь, кабачок, картофель.

Вывод:Скорость диффузии зависит от плотности соприкасающихся материалов.

Учёные заметили закон,
Что если рядом близко два металла,
То через время, с каждой из сторон,
Молекулы пойдут друг к другу. И немало…
А если компоненты послабей,
Молекулы идут ещё смелей…

Именно поэтому нам так легко работать с пластилином.

ДИФФУЗИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ

Горючий газ-пропан, которым мы пользуемся дома для приготовления пищи, не имеет цвета. Поэтому трудно было бы сразу заметить утечку газа. А при утечке, засчёт диффузии, газ распространяется по всему помещению, и мы ощущаем его распространение по запаху. Между тем, при определённом соотношении газа с воздухом в закрытом помещении образуется смесь, которая может взорваться. Например, от зажжённой спички. Газ может вызвать и отравление людей.

Внимание, будьте осторожны, и непременно запомните номер газовой службы 04!

Когда лучи солнца попадают в комнату, можно наблюдать своеобразный «танец пылинок».

По этому поводу Лукреций Кар писал:

Вот посмотри: всякий раз, когда солнечный свет проникает

В наши жилища, и мрак прорезает своими лучами,

Множество тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,

Мечутся взад и вперёд в лучистом сиянии света.

Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах,

В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя…

В комнатных пылинках, благодаря диффузии, содержатся частички плесени, молекулы тяжёлых металлов, которые содержатся в мебели, отделочных материалах и других квартирных «благах цивилизации».

С лёгкостью справляются с токсическими веществами, растворенными в воздухе комнат, комнатные цветы: нефролепис, диффенбахия, молочай, плющ, пеларгония, сансевьера и т. д. И всё это происходит благодаря диффузии.

Всем известный столетник (алоэ) способен снизить количество вредных микробов в 4 раза, а кактус- опунция в 6-7 раз уменьшает численность плесневых грибов в воздухе.

Табачный дым , покрытия из линолеума приносят вред нашему здоровью. Комнатные растения (фикус Бенджамина, традесканция, хлорофитум) могут поглощать и разлагать токсические вещества.

ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ДИФФУЗИЯ.

Явление диффузии можно проследить не только в учебниках. Так ка я учусь пока во 2 классе, эта сторона вопроса меня тоже заинтересовала. Мы с Валерией нашли несколько интересных сайтов, на которых раскрывались вопросы физики для малышей. Они помогли нам рассказать моим одноклассникам о диффузии.

Задача Григория Остера

Четырехлетняя Маша подкралась у мамы за спиной к зеркалу и, действуя совершенно бесшумно, вылила себе на голову три флакона французских духов.

КАК МАМА, СИДЯ К МАШЕ СПИНОЙ, ДОГАДАЛАСЬ С СЛУЧИВШЕМСЯ?

Коля и Витя

Встретились однажды два друга-ученика 2 «А» — Коля и Витя. Давно они не виделись.

-А я уже физику знаю, — хвалится Коля.

-И я тоже знаю, — говорит Витя. И стали они друг перед другом своими знаниями хвастаться. Коля:

-Я знаю, что мельчайшая частица вещества- это молекула«.

Витя:

-Подумаешь! Зато я знаю, что все молекулы состоят из атомов.

Коля:

-А ты знаешь, что молекулы можно увидеть в микроскоп?

Витя:

-А вот ты, Коля, знаешь, что чем меньше скорость движения молекул, тем выше температура данного тела?

Коля:

-Ещё бы не знать! Это каждому известно! А ты слышал, что вещества могут находиться в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном?
Витя:

-Конечно, слышал! Я даже знаю их свойства. Жидкости сохраняют форму, но меняют объём, а твердые тела не сохраняют ни формы, ни объёма. Газы меняют форму и объём«.
Коля:

-Ну, тогда ответь на мой вопрос: одинаково ли быстро протекает диффузия в газах, жидкостях и твердых телах?
Витя:

Одинаково. На то она, брат, и диффузия.

ПРАВ ЛИ ВИТЯ?

Колобок.

Существовали старик со старухой.
Вот и акустически модулирует старик старухе:
— Переместись-ка, старуха, по зернохранилищу поскреби, по элеватору помети, не наскребешь ли муки на тороид или эллипсоид.
Взяла старуха вакуумный насос, по зернохранилищу поскребла, по элеватору помела и наскребла муки сто кубических сантиметров.
Создала коллоидную смесь муки и сметаны, сформовала колобок сферической формы, термически обработала в ненасыщенных жирных кислотах и на окошко положила. На закал.
Колобок попокоился, попокоился, взял да и пришел в движение: с окна на лавку, с лавки на пол, пó полу к двери, прыг через порог — да в сени, из сеней на крыльцо, с крыльца на двор, со двора за ворота, экспоненциально возрастает пройденный путь.
Перемещается Колобок по дороге, навстречу ему Заяц:
— Колобок, Колобок, я тебя абсорбирую!
— Не абсорбируй меня, Заяц, я тебе первый закон Ньютона доложу:
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальная точка при отсутствии внешних воздействий сохраняет величину и направление своей скорости неограниченно долго.
И равноускоренно покатился по дороге — только Заяц его и наблюдал!
Перемещается Колобок, навстречу ему Волк:
— Колобок, Колобок, я тебя абсорбирую!
— Не абсорбируй меня, Серый Волк, я тебе второй закон Ньютона открою:
В инерциальной системе отсчёта ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.
И набрал кинетическую энергию — только Волк черенковское излучение и уловил !
Движется равномерно Колобок, навстречу ему Медведь:
— Колобок, Колобок, я тебя абсорбирую!
— Где тебе, косолапому, абсорбировать меня! Вот тебе третий закон Ньютона, подумай над ним:
Материальные точки взаимодействуют друг с другом силами, имеющими одинаковую природу, направленными вдоль прямой, соединяющей эти точки, равными по модулю и противоположными по направлению.
И опять начал менять положение в пространстве — только Медведь его уравнение движения и интегрировал!
Релоцируется Колобок, навстречу ему Лиса:
— Колобок, Колобок, скажи конечную точку своей траектории?
— По антиградиенту геопотенциала перемещаюсь, не видишь что ли.
— Колобок, Колобок, расскажи мне про диффузию!
Колобок и запел:
Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи, однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность, вязкое трение и т. п.
Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной) . Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы.
А Лиса говорит:
— Ах, песенка хороша, да органы слуха деградировали. Колобок, Колобок, переместись ко мне на носок да спой еще разок, погромче.
Колобок сменил координаты в соответствии с условиями задачи и запел погромче ту же песенку.
А Лиса опять ему:
— Колобок, Колобок, сядь ко мне на язычок да пропой в последний разок.
Колобок прыг Лисе на язык, а Лиса его — гам! — и абсорбировала.

Источник: http://hyaenidae.narod.ru/story1/032.html

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При диффузии частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами другого вещества , и вещества перемешиваются. Вот почему гель так легко растворяется в моей ванне, а волосы долго сохраняют его запах!

Опытным путём я поняла, что скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.

Диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений.

И-да! –я не насекомое. Они- то точно не смогут рассказать своим друзьям о явлении диффузии! А почему людям нравятся или неприятны запахи- это уже биологическое исследование. Думаю, этим я тоже займусь.

У вас букет! И в комнате приятно,
Свеча горит — и тоже ароматно…
Диффузия работает и тут,
Молекулы цветов по комнате плывут!

Литература

И.Г. Кириллова. Книга для чтения по физике. М. «Просвещение» 1986 г

А.В. Перышкин. Учебник по физике 7 класс. М. «Просвещение» 2005 г

В.А. Чуянов. Энциклопедический словарь юного физика. М. «Педагогика-Пресс»

Газета «Физика 1 Сентября» №5/2005г

Газета «Физика 1 Сентября» №18/2005г

Газета «Физика 1 Сентября» №23/2005г

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Физика. 7 класс. Разработка урока

Цели урока:

образовательная: дать объяснение процесса диффузии, раскрыть особенности этого явления.
воспитательные: воспитывать познавательный интерес, любознательность, активность, аккуратность при выполнении заданий и интерес к изучаемому предмету; развитие коммуникативных способностей учащихся, при работе в группах
развивающие: развивать умения наблюдать, сравнивать, сопоставлять и обобщать результаты экспериментов; развитие воображения, логического мышления и зрительной памяти; развитие монологической речи учащихся через организацию диалогического общения на уроке

Задачи урока: сформировать понятие о диффузии в жидкостях, твердых телах и газах; в целях развития научного мировоззрения учащихся показать роль физического эксперимента и наблюдений в физике; развивать умения выделять общие признаки явлений.

Тип урока: комбинированный.

ТСО: компьютер, экран, проектор.

Оборудование: (15 шт.)

пробирка с ватой, смоченной нашатырным спиртом (можно спиртом) и закрытые пробкой;
лист бумаги;
сосуды с холодной и горячей водой;
пробирка с кристаллами перманганата калия, закрытая пробкой;
пипетка;
медный купорос.

Используемые источники:

В.А. Буров. Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7–11 классах. – М.: Просвещение, 1996.
А.Е. Гуревич. ФИЗИКА – ХИМИЯ. – М.: Изд. дом «Дрофа», 2003.
А.Е. Гуревич. Физика 7 класс.- М.: Изд. дом «Дрофа», 1997.
М.Г. Ковтунович. Домашний эксперимент по физике 7–11 классы. Пособие для учителя. – М.: ВЛАДОС, 2007.
А.А. Леонович. Физический калейдоскоп. – М.: Бюро Квантум, 1994.
А.В. Перышкин. Физика 7 класс. – М.: Изд. дом «Дрофа», 2002.
В. Шабловский. Занимательная ФИЗИКА. Серия «Нескучный учебник». – С-П.; Тригон, 1997.

Интернет-ресурсы:

Ход урока

1. Организационный момент (слайд 1)

Современному человеку нельзя обойтись без знаний основ физики, чтобы иметь правильное представление об окружающем нас мире. Сегодня вы много узнаете о законах природы, покорите еще одну вершину «Знаний». Джина «Познания», однажды выпущенного на волю, невозможно опять вернуть в пустую, заплесневелую бутылку. Да мы и не будем пытаться делать это. Пусть будет свободным, как полет вашей мысли и фантазии!

2. Повторение (фронтальный опрос) (слайды 2–6)

Объясните увеличение (уменьшение) объема тела при нагревании (охлаждении) с помощью гипотезы о строении вещества. (Все тела состоят из мельчайших частиц, между которыми существуют промежутки. При нагревании и охлаждении тел их размеры изменяются в связи с тем, что частицы удаляются друг от друга или сближаются друг к другу.)
Как проверить достоверность гипотезы? (Объяснение опытов по рис. 16, 17, 18.)
Почему все тела нам кажутся сплошными? (Частицы вещества очень малы и не видны невооруженным глазом.)

Пример №1: в 1 см³любого газа при нормальных условиях (0° С и 760 мм рт. ст.)содержится около 2,7 • 10¹⁹ молекул.

Пример № 2: если взять число кирпичей, равное числу молекул в 1 см³ газа при нормальных условиях, то, будучи плотно уложены, эти кирпичи покрыли бы поверхность всей суши земного шара слоем высотой 120 м, т. е. высотой, превосходящей почти в четыре раза высоту 10-этажного дома.

Что такое молекула? (Молекула – мельчайшая частицы вещества, сохраняющая его химические свойства.)
Отличаются ли между собой молекулы одного и того же вещества? (Молекулы одного и того же вещества одинаковы и не зависят от состояния вещества.)

3. Новая тема (выполнение эксперимента и беседа с учащимися)

Задание № 1 (слайд 7)

Откройте на короткое время пробирку с ватой, смоченной нашатырным спиртом. Закройте пробирку. Что вы почувствовали?
Как можно объяснить распространение запаха спирта с точки зрения молекулярного строения вещества?

(анимация)

Если открыть пробирку с ватой, смоченной нашатырным спиртом, то мы почувствуем запах, который распространяется по классу. Это происходит, потому что молекулы спирта постоянно движутся. Движение молекул нельзя обнаружить ни в лупу, ни в микроскоп. Двигаясь в воздухе, молекулы спирта сталкиваются с молекулами газов, входящих в состав воздуха (азотом, кислородом, углекислым газом). При этом они постоянно меняют направление движения, и беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате. Поэтому, двигаясь очень быстро, молекулы спирта доносят запах до разных концов довольно медленно.

Задание № 2 (слайд 8)

На лист бумаги, лежащий на столе, налейте немного холодной воды из сосуда и в середину образовавшейся капли поместите кристаллик марганцовки.
Что вы наблюдаете? Объясните происходящее явление с точки зрения молекулярного строения вещества

При обсуждении результатов опыта внимание учащихся я обращаю на появление окрашенного пятна в форме круга, подтверждающего беспорядочное движение молекул марганца.

Вывод: Мы с вами знаем, что все тела состоят из отдельных частиц (молекул), между ними есть промежутки. Частицы движутся беспорядочно и хаотично. При своем движении молекулы марганца проникают в промежутки между молекулами воды.

(Слайд 9)

В физике это явление названо диффузией (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание).

ДИФФУЗИЯ – это взаимное проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого вещества в результате их хаотического движения и столкновений друг с другом.

(анимация)

(Слайд 10)

Сделайте вывод, где происходит диффузия быстрее: в газах или в жидкостях?

Диффузия в газах происходит быстрее, чем в жидкостях.

Как вы думаете, почему?

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. (Слайды 11, 12.)
Частицы в жидкости «упакованы» так, что расстояние между соседними частицами меньше их диаметра, Сами частицы могут перемещаться по всему занимаемому жидкостью объему сосуда. При смешивании двух разных жидкостей, частицы первой жидкости проникают в промежутки между частицами второй жидкости. Перемешивание жидкостей происходит медленно. (Слайды 13, 14.)

– Происходит ли диффузия в твердых телах? (Слайды 15, 16.)

В твердых телах диффузия происходит, но медленнее, чем в жидкостях. В твердых телах расстояния между частицами совсем маленькие. Они такие же, как размеры самих частиц. Проникновение через такие малые промежутки частиц другого вещества крайне затруднено и поэтому происходит очень медленно.

Запах духов, как известно, ощущается на довольно большом расстоянии. Объясняется это тем, что пары духов легко диффундируют в воздухе. Капли жидкого красителя в воде также легко диффундируют по всему сосуду. Намного труднее наблюдать диффузию в твёрдом теле. По этой причине изучение диффузии в твёрдых телах стало одним из наиболее интересных исследований в физике наших дней. Как и во многих других областях человеческой деятельности, в данном случае умение предшествовало знанию. Столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твёрдого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896 году началось научное изучение проблемы.

Английский металлург Вильям Роберте – Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200 °С, и держал его в печи 10 дней. Затем он разрезал цилиндр на тонкие диски и измерил количество золота, которое продиффундировало (проникло) в каждый срез свинца. Оказалось, что к «чистому» концу через весь цилиндр прошло вполне измеримое количества золота, в противоположном направлении, в глубь золотого диска, продиффундировал свинец. Роберте – Аустин обнаружил, что нагретый металл диффундирует в другой конец, когда они тесно прижаты друг к другу.

Известен опыт, в котором гладко отшлифованные пластины свинца и золота пролежали друг на друге 5 лет. За это время золото и свинец продиффундировали (проникли) друг в друга на расстояние около 1 мм.

Задание № 3 (слайд 17)

Проделайте опыт, описанный в задании 2, но на этот раз смочите бумагу горячей водой
В каком случае диффузия происходит быстрее: при выполнении задания 2 или сейчас?

Сделайте вывод, как зависит скорость диффузии от температуры: «Чем выше температура, тем… проходит диффузия».

– Почему при более высокой температуре диффузия происходит быстрее?

Процесс диффузии ускоряется с увеличением температуры. Это происходит потому, что с увеличением температуры увеличивается скорость движения молекул. Таким образом, явление диффузии протекает по-разному при разной температуре: чем выше температура вещества, тем быстрее происходит диффузия.

– Давайте обобщим все то, о чем мы говорили на уроке (слайд 18).

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

Все вещества состоят из частиц
Между частицами имеются промежутки
Частицы вещества находятся в постоянном движении

Явление диффузии имеет важные проявления в природе, используется в науке и на производстве (слайд 19).

Воздух, как известно, представляет собой смесь газов. Однако вследствие диффузии на одной высоте от Земли состав атмосферы оказывается достаточно однородным.

Диффузия играет важную роль в питании растений, переносе питательных веществ, кислорода в организме человека и животных.

Она широко используется в пищевой промышленности при консервировании овощей и фруктов, при засолке огурцов.

(Слайд 20.)

Диффузия нашла применение в электронной промышленности. С ее помощью изготавливают многие полупроводниковые приборы.

Диффузия используется и при выплавке стали. Для придания стальным деталям значительной прочности их помещают в специальные печи, где, находясь в разогретом состоянии, они насыщаются углеродом. Атомы углерода проникают в поверхностный слой металла и повышают его прочность.

(Слайд 21.)

Порою диффузия бывает вредным и даже опасным явлением. Горючий природный газ, например, 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.

Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, на распределительных станциях горючий газ предварительно смешивают с особыми веществами, обладающими резким неприятным запахом, который легко ощущается человеком даже при весьма малой его концентрации. Такая мера предосторожности позволяет быстро заметить накопление газа в помещении, если образовалась его утечка.

Работа в группах (слайд 22)

Ряд: Сформулируйте гипотезу о том, почему чай заваривают горячей, а не холодной водой. Дать объяснение вашему предположению
Ряд: Возьмите медный купорос, высыпьте в воду. Какое явление вы наблюдаете? Что является причиной, а что следствием данного явления?
Ряд: На дно стакана опустите кристаллик марганца. Наблюдать не взбалтывая. Какое явление наблюдается? Как его ускорить? Сформулируйте условия, при которых вы наблюдаете явление диффузии. Будет ли наблюдаемое явление диффузией, если жидкость взболтать?

Обсуждение результатов, полученных в группах.

4. Закрепление

Подумай и ответь (слайд 23)

Представьте, что у вас есть волшебный телевизор. Что вы увидите в нем, рассматривая строение веществ?
В чем состоит явление диффузии? Знаете ли вы какой-либо пример диффузии кроме тех, которые были приведены на уроке? Если нет, то разузнайте.
Что общего между рисунком с игроками на футбольном поле и явлением диффузии?

Тест на усвоение понятия «диффузия» (слайд 24)

Условия прохождения диффузии:

а) имеются различные вещества;

б) между ними существует тесный контакт;

в) происходит самопроизвольное смешивание.

Закон прохождения диффузии— чем выше температура, тем быстрее происходит диффузия.
Рассмотрите следующие опыты и выберите ответ. Опыты:

Огурцы были одновременно залиты: одна банка — холодным рассолом, вторая банка — горячим. Во второй банке огурцы просолились быстрее. Почему?
В сосуд с водой осторожно, при помощи пипетки, наливают слой раствора медного купороса.
На стекло насыпают кучу мелких песчинок.
В сосуд с водой опускают кусочек льда.
В чай положили кусочек сахару и размешали ложкой.

Ответы:

А. Наблюдается диффузия, так как выполняются все условия.

Б. Диффузии нет, так как отсутствует условие а).

В. Диффузии нет, так как отсутствует условие б).

Г. Диффузии нет, так как отсутствует условие в).

Д. Опыт отражает закон диффузии.

ОТВЕТЫ: 1Д; 2А; 3В; 4Б; 5Г

(Слайд 25.)

Домашняя работа §9, домашний эксперимент.

(Слайд 25, гиперссылка.)

Выполнение учебного исследования по общему плану экспериментальной деятельности (эксперимент).

Лабораторная работа «Определение времени прохождения диффузии»

Цель:определить при каких температурах, высоких или низких, диффузия происходит быстрее.

Приборы:термометр, часы.

Тела и материалы: 2 стакана; марганцовокислый калий или медный купорос; вода.

Гипотеза: предполагаем, что при высоких температурах диффузия будет происходить быстрее.

Условия успешного проведения опыта:

Тщательность измерений. Минимизирование погрешностей измерений.
Одинаковые начальные условия (по температуре и количеству воды).
Не производить взбалтывания воды в стаканах.

Порядок выполнения:

Возьмите 2 стакана с водой (200 мл) комнатной температуры.
Определите цену деления термометра и измерьте начальную температуру воды в стаканах.
Опустите в них по одинаковому количеству марганцовокислого калия.
Один стакан поставьте в морозильную камеру холодильника, второй — на батарею.
Отметьте время начала эксперимента.
Определите путем неоднократных измерений, через какое время марганец полностью раствориться в воде в обоих стаканах.
Измеряйте температуру воды через определенные промежутки времени и конечное значение температуры в обоих стаканах.

Фиксирование информации:

Постройте график зависимости времени прохождения диффузии от температуры.
Покажите на рисунках, как происходит смешивание молекул в обоих случаях. Красным цветом изобразите молекулы марганца, синим — молекулы воды.

Анализ результатов: Где вода окрашивается быстрее, в холодильнике или на батарее? Сравните время: сутки, часы, минуты, секунды.

При какой температуре диффузия происходит быстрее? Что происходит с молекулами вещества при нагревании, как изменяется их скорость и проникающая способность?

Опишите и сделайте вывод.

rosuchebnik.ru

МБОУ «Лицей №55» Потапова И.А. 6ая городская научно-практическая конференция исследовательских работ младших школьников «Влияние температуры на скорость диффузии»

Городская конференция исследовательских работ и творческих проектов младших классов
«Я исследую мир»

«Влияние температуры на диффузию»

Работу выполнил: Казанцев Константин
Ученик 3 «А» класса МБОУ «Лицей № 55»
Научный руководитель: Потапова Ирина Анатольевна,

Учитель начальных классов

Пенза 2014

Содержание

Введение

1.Понятие диффузии
2. Диффузия в газах и жидкостях

3. Влияние температуры вещества на диффузию

4. Явление диффузии в природе и ее применении в технике

Заключение

Используемая литература

Введение

В своей жизни человек часто сталкивается с различными физическими явлениями. И часто даже не задумывается об этом. Одному из таких явлений, а именно диффузии, посвящен эта работа.

Говоря научным языком, диффузия – это распространение молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с этим явлением, когда завариваем чай, солим пищу или используем освежитель воздуха. Даже в поговорке это явление нашло свое отражение. В физическом смысле поговорка «Ложка дегтя в бочке меда», говорит о том, что деготь – это смолистое жидкое вещество, которое проникает в другое жидкое вещество – мед и придает ему неприятный вкус. Явление диффузии используется везде – в кулинарии, в медицине, в технике, поэтому очень важно представлять закономнрности этого явления.

Цель работы: исследовать такое физическое явление, как диффузия.

Задачи работы:

— изучить физические основы диффузии;

— провести опыт, доказывающий влияние температуры на диффузию;

— описать роль диффузии в жизни человека.

Гипотеза: температура влияет на скорость протекания диффузии.

1. Понятие диффузии.

В соответствии с современными представлениями, атомы и молекулы, из которых состоит вещество, находятся в беспрерывном хаотическом движении. Такое движение называется тепловым.

Тепловое движение невозможно увидеть невооруженным глазом, ведь размеры молекул очень малы.

Однако существует много физических явлений, объяснить которые можно только опираясь на тот факт, что молекулы постоянно двигаются.

Бесспорным доказательством движения молекул служит физическое явление, которое называется диффузия (от лат. diffusio — распространение, растекание). Диффузией называют взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга, происходящее в результате теплового (хаотического) движения молекул (атомов).

Так как 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.

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 вещество становится однородным (рис.1в).

2. Диффузия в газах и жидкостях

Всем хорошо известно, что если в комнату внести какое-либо пахучее вещество, например духи или нафталин, то запах вскоре будет чувствоваться во всей комнате. Распространение запахов происходит из-за того, что молекуле духов (или нафталина) движутся.

Возникает вопрос, почему же запах в комнате распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время.

Дело в том, что движению молекул 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. Это значит, что молекулы ароматного вещества, двигаясь, попадают в промежутки между молекулами воздуха, которым заполнена комната, т. е. наблюдается диффузия. Именно в результате диффузии в газах мы ощущаем запахи: запах вкусной еды из столовой или запах прогретой летним солнцем травы.

Диффузию можно наблюдать и в жидкостях. Но в жидких веществах подобные процессы протекают значительно медленнее.Взаимопроникновение двух разнородных жидкостей друг в друга, растворение твердых веществ в жидкостях (например, сахара в воде) и образование однородных растворов – примеры диффузионных процессов в жидкостях. Многочисленные опыты свидетельствуют, что диффузия в жидкостях протекает значительно медленнее, чем в газах.

Еще медленнее происходит диффузия в твердых телах. Это происходит из-за особенностей расположения молекул газов, жидкостей и твердых тел.

3. Влияние температуры вещества на диффузию

Довольно сложные эксперименты показывают, что при любой температуре в веществе есть молекулы, двигающиеся довольно медленно, и молекулы, скорость которых высока. Если количество молекул вещества, имеющих высокую скорость, увеличивается, т. е. увеличивается средняя скорость молекул, то это значит, что температура вещества также увеличивается.

Обратимся к опыту, коорый проводил каждый из нас. 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. Чем горячее вода, тем быстрее она приобретет характерный цвет и запах. Это наглядное подтверждение того, что температура влияет на диффузию. Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры, так как молекулы взаимодействующих тел начинают двигаться быстрее.

В случае повышения температуры скорость диффузии в газах также увеличивается.

Зависимость скорости диффузии от температуры особенно заметна для твердых тел. Так, английский металлург Вильям Роберт Остин провел следующий опыт. Он наплавил тонкий диск золота на свинцовый цилиндр и на несколько дней поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 400°С. Оказалось, что золото продиффундировало через весь цилиндр ; тем временем при комнатной температуре диффузия в металлах практически не наблюдалась.

Для наблюдения за процессом диффузии можно использовать прозрачную емкость с водой и краситель. Если капнуть в воду жидкий краситель, цветные капли будут постепенно расплываться в воде. А через несколько часов раствор приобретет однородный цвет.

Для изучения диффузии и влияния температуры на нее был проведен следующий опыт.

1. В колбу налили чистую воду.

2. В стакане с теплой водой растворили желый краситель.

3. С помощью пипетки в колбу медленно капнули несколько капель желтого цвета.

В результате диффузии вода и краситель смешались и раствор в колбе стал желтым

4. В стакане с холодной водой растворили синий краситель, а в колбу с желтым раствором добавили лед.

5. С помощью пипетки капнули в колбу воду синего цвета.

При смешивании желтого и синего цветов, вода окрасилась в зеленый. Что наглядно показывает нам действие диффузии на практике. При этом окрашивание воды в желтый цвет с помощью теплого раствора происходило быстрее, чем смешивание желтого и синего растворов.

Для наблюдения за процессом диффузии в твердом веществе был использован кусечек сахара и жидкий криситель. На поверхность кусочка сахара капнули красителем. Сначала окрасилось только то место, куда попала капля. Но постепенно краситель проник в вещество, и окрашенной оказалась значительная часть сахара.

Таким образом, мы выяснили, что чем выше температура вещества, тем быстрее происходит диффузия, т. к. молекулы быстрее двигаются.

4. Явление диффузии в природе и ее применении в технике

Явление диффузии широко используется и на практике. В повседневной жизни – заварка чая, консервирование овощей, изготовление варений. Явление диффузии очень распространено в природе. Благодаря диффузии углекислый газ попадает в листву растений; питательные вещества впитываются в кишечнике; кислород из легких попадает в кровь, а из крови — в ткани и т. д.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. 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.

Диффузию широко применяют в технике. На явлении диффузии основана диффузионная сварка металлов. Метод диффузионной сварки позволяет соединять между собой металлы, неметаллы, металлы и неметаллы, пластмассы. Детали помещают в закрытую сварочную камеру с сильно разряженным воздухом, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов. Диффузионная сварка применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном машиностроении.

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.

На явлении диффузии основан процесс металлизации – покрытия поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физических, химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого материала. Применяется для защиты изделий от коррозии, износа, повышения контактной электрической проводимости, в декоративных целя. 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.

К сожалению, необходимо отметить и вредные проявления этого явления. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, вредные вещества. В настоящее время общее количество выбросов 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. 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, но установка их стоит очень дорого. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, навоз, различного рода химикаты.

Таким образом, значение диффузии в неживой природе очень велико, 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.

Заключение

Изучив явление диффузии, можно сделать вывод, что диффузия – фундаментальное явление природы. Его проявления имеют место на всех уровнях организации природных систем на нашей планете, начиная с уровня элементарных частиц, атомов и молекул, и заканчивая геосферой. Оно широко используется в технике, в повседневной жизни. А так же проявляется во многих природных явлениях.

Исследование диффузии помогает лучше понять явления, с которыми мы сталкиваемся каждый день. Распространение запахов – наглядный пример диффузии в газах. А заваривание чая, приготовление рассола для овощей пример диффузии в жидкостях.

В результате проведенных экспериментов наглядно видно, что чем выше температура раствора, тем быстрее происходит диффузия.

Все это помогает лучше разобраться в окружающих нас физических процессах и их практическом применении.

Использованная литература

Гершберг А.Е. Физика в доме. – М.::Космосинформ, 2003.
Пёрышкин А.В. Физика 7 класс. – М.: Дрофа, 2010.
Перельман Я.И. Физика на каждом шагу. – М: АСТ, 2013

Вложение	Размер
kazancev3a.pptx	1.62 МБ

www.schoolnano.ru

Конспект урока в 7-м классе по теме «Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах»

Разделы: Физика

Цели урока:

Дать объяснение процесса диффузии.
Раскрыть особенности этого явления.

Задачи:

В целях развития научного мировоззрения учащихся показать роль физического эксперимента и наблюдений в физике.
Развивать умения наблюдать, сравнивать, сопоставлять и обобщать результаты экспериментов.
Развитие воображения, логического мышления и зрительной памяти.
Развитие монологической речи учащихся через организацию диалогического общения на уроке.
Развитие коммуникативных способностей учащихся, при работе в группах.
Воспитывать познавательный интерес, любознательность, активность, аккуратность при выполнении заданий, интерес к изучаемому предмету.

Тип урока: комбинированный.

ТСО: компьютер, экран, проектор.

Оборудование: (15 шт.)

Пробирка с ватой, смоченной нашатырным спиртом (можно спиртом) и закрытые пробкой;
Лист бумаги;
Сосуды с холодной и горячей водой;
Пробирка с кристаллами перманганата калия, закрытая пробкой;
Пипетка;
Медный купорос.

Ход урока

I. Организационный момент (слайд 1)

Современному человеку нельзя обойтись без знаний основ физики, чтобы иметь правильное представление об окружающем нас мире. Сегодня вы узнаете очень много о законах природы, покорите еще одну вершину “Знаний”. Джина “Познания”, однажды выпущенного на волю, невозможно опять вернуть в пустую, заплесневелую бутылку. Да мы и не будем пытаться делать это. Пусть будет свободным, как полет вашей мысли и фантазии!

II. Повторение (фронтальный опрос) (слайды 2-6)

Объясните увеличение (уменьшение) объема тела при нагревании (охлаждении) с помощью гипотезы о строении вещества. (Все тела состоят из мельчайших частиц, между которыми существуют промежутки. При нагревании и охлаждении тел их размеры изменяются в связи с тем, что частицы удаляются друг от друга или сближаются друг к другу).
Как проверить достоверность гипотезы? (Объяснение опытов по рис. 16, 17, 18).
Почему все тела нам кажутся сплошными? (Частицы вещества очень малы и не видны невооруженным глазом).
Пример №1: в 1 см³ любого газа при нормальных условиях (0° С и 760 мм рт. ст.) содержится около 2,7 • 10 ¹⁹молекул.
Пример № 2: если взять число кирпичей, равное числу молекул в 1 см³ газа при нормальных условиях, то, будучи плотно уложены, эти кирпичи покрыли бы поверхность всей суши земного шара слоем высотой 120 м, т. е. высотой, превосходящей почти в четыре раза высоту 10-этажного дома.

Что такое молекула? (Молекула – мельчайшая частицы вещества, сохраняющая его химические свойства).
Отличаются ли между собой молекулы одного и того же вещества? (Молекулы одного и того же вещества одинаковы и не зависят от состояния вещества).

III. Новая тема (выполнение эксперимента и беседа с учащимися).

Задание № 1 (слайд 7)

Откройте на короткое время пробирку с ватой, смоченной нашатырным спиртом. Закройте пробирку. Что вы почувствовали?
Как можно объяснить распространение запаха спирта с точки зрения молекулярного строения вещества?

(Ссылка на анимацию)

Задание № 2 (слайд 8)

На лист бумаги, лежащий на столе, налейте немного холодной воды из сосуда и в середину образовавшейся капли поместите кристаллик марганцовки.
Что вы наблюдаете? Объясните происходящее явление с точки зрения молекулярного строения вещества

Вывод: Мы с вами знаем, что все тела состоят из отдельных частиц (молекул), между ними есть промежутки. Частицы движутся беспорядочно и хаотично. При своем движении молекулы марганца проникают в промежутки между молекулами воды.

(Слайд 9)

В физике это явление названо диффузией (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание)

(Ссылка на анимацию)

(Слайд 10)

Сделайте вывод, где происходит диффузия быстрее: в газах или в жидкостях?

Диффузия в газах происходит быстрее, чем в жидкостях.

Как вы думаете, почему?

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. (Слайд 11, 12)

Частицы в жидкости “упакованы” так, что расстояние между соседними частицами меньше их диаметра, Сами частицы могут перемещаться по всему занимаемому жидкостью объему сосуда. При смешивании двух разных жидкостей, частицы первой жидкости проникают в промежутки между частицами второй жидкости. Перемешивание жидкостей происходит медленно. (Слайд 13, 14)

Происходит ли диффузия в твердых телах? (Слайд 15, 16)

В твердых телах диффузия происходит, но медленнее, чем в жидкостях. В твердых телах расстояния между частицами совсем маленькие. Они такие же, как размеры самих частиц. Проникновение через такие малые промежутки частиц другого вещества крайне затруднено и поэтому происходит очень медленно.

Запах духов, как известно, ощущается на довольно большом расстоянии. Объясняется это тем, что пары духов легко диффундируют в воздухе. Капли жидкого красителя в воде также легко диффундируют по всему сосуду. Намного труднее наблюдать диффузию в твёрдом теле. По этой причине изучение диффузии в твёрдых телах стало одним из наиболее интересных исследований в физике наших дней. Как и во многих других областях человеческой деятельности, в данном случае умение предшествовало знанию. Столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твёрдого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896 году началось научное изучение проблемы.

Английский металлург Вильям Роберте — Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200 °С, и держал его в печи 10 дней. Затем он разрезал цилиндр на тонкие диски и измерил количество золота, которое продиффундировало (проникло) в каждый срез свинца. Оказалось, что к “чистому” концу через весь цилиндр прошло вполне измеримое количества золота, в противоположном направлении в глубь золотого диска продиффундировал свинец. Роберте – Аустин обнаружил, что нагретый металл диффундирует в другой конец. Когда они тесно прижаты друг к другу.

Известен опыт, в котором гладко отшлифованные пластины свинца и золота пролежали друг на друге 5 лет. За это время золото и свинец продиффундировали (проникли) друг в друга на расстояние около 1 мм.

Задание № 3 (слайд 17)
Проделайте опыт, описанный в задании 2, но на этот раз смочите бумагу горячей водой.

В каком случае диффузия происходит быстрее: при выполнении задания 2 или сейчас?

Сделайте вывод, как зависит скорость диффузии от температуры: “Чем выше температура, тем … проходит диффузия”

Почему при более высокой температуре диффузия происходит быстрее?

Процесс диффузии ускоряется с увеличением температуры. Это происходит потому, что с увеличением температуры увеличивается скорость движения молекул. Таким образом, явление диффузии протекает по-разному при разной температуре: чем выше температура вещества, тем быстрее происходит диффузия.

Давайте обобщим все то, о чем мы говорили на уроке (слайд 18)

Явление диффузии можно объяснить лишь в том случае, если считать, что:
Все вещества состоят из частиц.

Между частицами имеются промежутки.

Частицы вещества находятся в постоянном движении.

Явление диффузии имеет важные проявления в природе, используется в науке и на производстве (слайд 19)

Воздух, как известно, представляет собой смесь газов. Однако вследствие диффузии на одной высоте от Земли состав атмосферы оказывается достаточно однородным.

Диффузия играет важную роль в питании растений, переносе питательных веществ, кислорода в организме человека и животных.

Она широко используется в пищевой промышленности при консервировании овощей и фруктов, при засолке огурцов.

(Слайд 20)

Диффузия нашла применение в электронной промышленности. С ее помощью изготавливают многие полупроводниковые приборы.

Диффузия используется, и при выплавке стали. Для придания стальным деталям значительной прочности их помещают в специальные печи, где, находясь в разогретом состоянии, они насыщаются углеродом. Атомы углерода проникают в поверхностный слой металла и повышают его прочность.

(Слайд 21)

Порою, диффузия бывает вредным и даже опасным явлением. Горючий природный газ, например, 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.

Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, на распределительных станциях горючий газ предварительно смешивают с особыми веществами, обладающими резким неприятным запахом, который легко ощущается человеком даже при весьма малой его концентрации. Такая мера предосторожности позволяет быстро заметить накопление газа в помещении, если образовалась его утечка.

Работа в группах (слайд 22)
Ряд: Сформулируйте гипотезу о том, почему чай заваривают горячей, а не холодной водой. Дать объяснение вашему предположению.

Ряд: Возьмите медный купорос, высыпьте в воду. Какое явление вы наблюдаете? Что является причиной, а что следствием данного явления?

Ряд: На дно стакана опустите кристаллик марганца. Наблюдать не взбалтывая. Какое явление наблюдается? Как его ускорить? Сформулируйте условия, при которых вы наблюдаете явление диффузии. Будет ли наблюдаемое явление диффузией, если жидкость взболтать?

Обсуждение результатов, полученных в группах.

IV. Закрепление.

ПОДУМАЙ И ОТВЕТЬ (слайд 23)
Представьте, что у вас есть волшебный телевизор. Что вы увидите в нем, рассматривая строение веществ?

В чем состоит явление диффузии? Знаете ли вы какой-либо пример диффузии кроме тех, которые были приведены на уроке? Если нет, то разузнайте.

Что общего между рисунком с игроками на футбольном поле и явлением диффузии?

Тест на усвоение понятия “диффузия” (слайд 24)

Условия прохождения диффузии:
Имеются различные вещества;

Между ними существует тесный контакт;

Происходит самопроизвольное смешивание.

Закон прохождения диффузии — чем выше температура, тем быстрее происходит диффузия.

Рассмотрите следующие опыты и выберите ответ. Опыты:
Огурцы были одновременно залиты: одна банка – холодным рассолом, вторая банка – горячим. Во второй банке огурцы просолились быстрее. Почему?

В сосуд с водой осторожно, при помощи пипетки, наливают слой раствора медного купороса.

На стекло насыпают кучу мелких песчинок.

В сосуд с водой опускают кусочек льда.

В чай положили кусочек сахару и размешали ложкой.

Ответы:

А. Наблюдается диффузия, так как выполняются все условия.
Б. Диффузии нет, так как отсутствует условие а).
В. Диффузии нет, так как отсутствует условие б).
Г. Диффузии нет, так как отсутствует условие в).
Д. Опыт отражает закон диффузии.

ОТВЕТЫ: 1Д; 2А; 3В; 4Б; 5Г

(Слайд 25)

Домашняя работа §9, домашний эксперимент.

(Слайд 25)

Выполнение учебного исследования по общему плану экспериментальной деятельности.

Лабораторная работа “Определение времени прохождения диффузии”.

Цель: определить при каких температурах, высоких или низких, диффузия происходит быстрее.

Приборы: термометр, часы.

Тела и материалы: 2 стакана; марганцовокислый калий или медный купорос; вода.

Гипотеза: предполагаем, что при высоких температурах диффузия будет происходить быстрее.

Условия успешного проведения опыта:
Тщательность измерений. Минимизирование погрешностей измерений.

Одинаковые начальные условия (по температуре и количеству воды).

Не производить взбалтывания воды в стаканах.

Порядок выполнения:
Возьмите 2 стакана с водой (200 мл) комнатной температуры.

Определите цену деления термометра и измерьте начальную температуру воды в стаканах.

Опустите в них по одинаковому количеству марганцовокислого калия.

Один стакан поставьте в морозильную камеру холодильника, второй — на батарею.

Отметьте время начала эксперимента.

Определите путем неоднократных измерений, через какое время марганец полностью раствориться в воде в обоих стаканах.

Измеряйте температуру воды через определенные промежутки времени и конечное значение температуры в обоих стаканах.

Фиксирование информации:
Постройте график зависимости времени прохождения диффузии от температуры.

Покажите на рисунках, как происходит смешивание молекул в обоих случаях. Красным цветом изобразите молекулы марганца, синим — молекулы воды.

Анализ результатов: Где вода окрашивается быстрее, в холодильнике или на батарее? Сравните время: сутки, часы, минуты, секунды.

При какой температуре диффузия происходит б
urok.1sept.ru