Спостереження дифузії в воді і вплив температури на швидкість дифузії, соціальна мережа працівників
- Введення Стор. 3
- проблема дослідження
- Актуальність теми і практична значущість дослідження
- Об'єкт і предмет дослідження
- Цілі і завдання
- гіпотеза дослідження
- Основна частина дослідницької роботи Стор.5
- Опис місця і умов спостережень і дослідів
- Методика дослідження, її обгрунтованість
- Основні результати експерименту
- Узагальнення і висновки
- висновок Стор.6
- Список літератури Стр.7
Дифузія (лат. Diffusio - поширення, розтікання, розсіювання, взаємодія) - процес взаємного проникнення молекул або атомів однієї речовини між молекулами або атомами іншого, що призводить до мимовільного вирівнюванню їх концентрацій по всьому займаному обсягу. У деяких ситуаціях одне з речовин вже має вирівняну концентрацію і говорять про дифузії одного речовини в іншому. При цьому перенесення речовини відбувається з області з високою концентрацією в область з низькою концентрацією.
Якщо в розчин мідного купоросу акуратно налити воду, то між двома шарами утворюється чітка межа розділу (мідний купорос важча за воду). Але через два дні в посудині буде однорідна рідина. Це відбувається абсолютно довільно.
Інший приклад пов'язаний з твердим тілом: якщо один кінець стержня нагріти, або електрично зарядити, поширюється тепло (або відповідно електричний струм) від гарячої (зарядженої) частини до холодної (незарядженою) частини. У разі металевого стержня теплова дифузія розвивається швидко, а струм протікає майже миттєво. Якщо стрижень виготовлений з синтетичного матеріалу, теплова дифузія протікає повільно, а дифузія електрично заряджених частинок - дуже повільно. Дифузія молекул протікає в загальному ще повільніше. Наприклад, якщо шматочок цукру опустити на дно склянки з водою і воду не перемішувати, то пройде кілька тижнів перед тим розчин стане однорідним. Ще повільніше відбувається дифузія одного твердої речовини в інше. Наприклад, якщо мідь покрити золотом, то буде відбуватися дифузія золота в мідь, але при нормальних умовах (кімнатна температура і атмосферний тиск) золотовмісний шар досягне товщини в кілька мікрометрів тільки через кілька тисяч років.
Перше кількісне опис процесів дифузії було дано німецьким фізіологом А. Фіком в 1855 році.
Дифузія має місце в газах, рідинах і твердих тілах, причому дифундувати можуть як знаходяться в них частки сторонніх речовин, так і власні частки.
Дифузія в житті людини
Вивчаючи явище дифузії, я прийшла до висновку, що саме завдяки цьому явищу людина живе. Адже, як відомо, повітря, яким ми дихаємо, складається з суміші газів: азоту, кисню, вуглекислого газу і водяної пари. Знаходиться він в тропосфері - в нижньому шарі атмосфери. Якби не було дифузійних процесів, то наша атмосфера просто розшарувалася б під дією сили тяжіння, яка діє на всі тіла, що знаходяться на поверхні Землі або поблизу неї, в тому числі і на молекули повітря. Внизу розташувався б більш важкий шар вуглекислого газу, над ним - кисень, вище - азот і інертні гази. Але ж для нормальної життєдіяльності нам необхідний саме кисень, а не вуглекислий газ. Дифузія відбувається і в самому організмі людини. Дихання і травлення людини засноване на дифузії. Якщо говорити про диханні, то в кожен момент часу в кровоносних судинах, що обплітають альвеоли, знаходиться приблизно 70 мл крові, з якої в альвеоли дифундує вуглекислий газ, а в зворотному напрямку - кисень. Величезна поверхню альвеол дає можливість зменшити товщину шару крові, що обмінюється газами з внутриальвеолярная повітрям, до 1 мкм, що дозволяє менш ніж за 1 з наситити це кількість крові киснем і звільнити її від надлишку вуглекислоти.
Також це явище впливає і на організм людини - кисень повітря проникає в кров'яні капіляри легких шляхом дифузії через стінки альвеол, а потім розчиняючись в них, розноситься по всьому організму, збагачуючи його киснем.
Дифузія використовується у багатьох технологічних процесах: засолювання, отримання цукру (стружка цукрових буряків промивається водою, молекули цукру дифундують з стружки в розчин), варіння варення, фарбування тканин, прання речей, цементація, зварювання і пайка металів, в тому числі дифузійна зварювання в вакуумі (зварюються метали, які іншими методами з'єднати неможливо, - сталь з чавуном, срібло з нержавіючої сталлю і т.д.) і дифузійна металізація виробів (поверхневе насичення сталевих виробів алюмінієм, хромом, кремнієм), азот ювання - насичення поверхні стали азотом (сталь стає твердою, зносостійкої), цементація - насичення сталевих виробів вуглецем, ціанування -насищеніе поверхні стали вуглецем і азотом.
Як видно з наведених прикладів дифузійні процеси відіграють дуже важливу роль в житті людей
Проблема: Чому дифузія протікає по-різному при різній температурі?
Актуальність даного дослідження я бачу в тому, що тема «Дифузія в рідких, твердих і газоподібних станах» є життєво важливою не тільки курсі фізики. Знання про дифузії можуть стати в нагоді мені в повсякденному житті. Ці відомості допоможуть підготуватися до іспиту з фізики за курс основної та середньої школи. Тема мені дуже сподобалася, і я вирішив вивчити її глибше.
Об'єкт мого дослідження - дифузія, що протікає в воді при різній температурі, а предметом вивчення - спостереження за допомогою постановки дослідів в різних температурних режимах.
- Розширити знання про дифузії, її залежності від різних факторів.
- Пояснити фізичну природу явища дифузії на основі молекулярної будови речовини.
- З'ясувати залежність швидкості дифузії від температури у змішуються рідин.
- Підтвердити теоретичні факти досвідченими результатами.
- Узагальнити отримані знання і виробити рекомендації.
- Дослідити швидкість протікання дифузії в воді при різній температурі.
- Довести, що випаровування рідини є результат руху молекул
Гіпотеза: при високій температурі молекули рухаються швидше і через це швидше перемішуються.
Основна частина дослідницької роботи
Для своїх досліджень я взяла дві склянки. В один налив теплої води, а в іншій - холодної. Одночасно опустив в них по пакетику чаю. Тепла вода забарвилася в коричневий колір швидше, ніж холодна. Відомо, що в теплій воді молекули рухаються швидше, так як їх швидкість залежить від температури. А значить, молекули чаю швидше проникнуть між молекулами води. У холодній воді швидкість молекул замедленна, тому явище дифузії тут протікає повільніше. Явище проникнення молекул однієї речовини між молекулами іншого називається дифузією.
Потім я налив в два склянки однакову кількість води. Один стакан залишив на столі в кімнаті, а інший поставив в холодильник. Через п'ять годин порівняв рівні води. Виявилося, що в склянці з холодильника, рівень практично не змінився. У другому - рівень помітно зменшився. Це викликано пересуванням молекул. І воно більше, чим більше температура. При більшій швидкості молекули води, наближаючись до поверхні, «вистрибують». Даний рух молекул називається випаровуванням. Досвід показав, що випаровування відбувається швидше при більш високій температурі, тому що чим швидше рухаються молекули, тим більше молекул відлітає з рідини за один і той же час. У холодній воді швидкість маленька, тому вони залишаються в склянці.
На підставі проведеного експерименту і спостережень за дифузією в воді, що має різну температуру, я переконався, що температура сильно впливає на швидкість молекул. Доказом цього послужила різна ступінь протікання випаровування. Таким чином, чим гаряче речовина, тим більше швидкість молекул. Чим холодніше - тим менше швидкість молекул. Отже, дифузія в рідинах буде проходити швидше при високій температурі.