Исследовательская работа "Диффузия вокруг нас"

Муниципальный этап конкурса

исследовательских работ

СЕКЦИЯ: Физика

Тема: «Диффузия вокруг нас».

Дроботовой Дарьи Максимовны

МОУ «Пролетарская средняя общеобразовательная школа №1»

Белгородская область, Ракитянский район,

п. Пролетарский

7 «Б» класс

Научный руководитель:

Учитель физики первой категории МОУ «Пролетарская СОШ №1»

Артеменко Валентина Васильевна

2017 г.

Оглавление

1. Введение……………………………………………………..стр.1

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

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

4. Значение диффузии…………………………………………стр.5

1) Роль диффузии в природе;

2) Диффузия безопасность человека;

3) Применение диффузии в технике;

4) Применение в повседневной жизни;

5) Вредное проявление диффузии.

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

6. Заключение………………………………………………….стр.11

Введение.

Темой данной работы является диффузия.

Цели работы:

-раскрытие сущности диффузии,

-выделение особенностей диффузии,

-изучение понятия причин, влияющих на диффузию,

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

-обнаружение вреда диффузии.

Задачи работы:

• собрать и проанализировать различные материалы по данной теме,

• провести некоторые опыты, демонстрирующие явление диффузии в природе,

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

1

Результаты анкетирования по следующим вопросам:

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

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

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

4. Всегда ли диффузия приносит пользу?

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

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

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

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

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

Результаты исследований показали:

Таблица № 1

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

2

Явление диффузии, его сущность.

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

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

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

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

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

а. б. в.

Рис.1. Объяснение явления диффузии.

3

Скорость диффузии растет с увеличением температуры.

Обратимся к опыту.

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

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

4

Значение диффузии.

1) Роль диффузии в природе.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии. Корни растений захватывают необходимые для растения вещества из почвенных вод благодаря диффузионному потоку внутрь корней. На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др.  
С помощью диффузии происходит распространение различных газообразных веществ в воздухе: например, дым костра распространяется на большие расстояния.
Результатом этого явления может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. Таким же образом происходит загрязнение воздуха вредными продуктами промышленного производства и выхлопными газами автомобилей. Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома, не имеет ни цвета, ни запаха. При утечке заметить его невозможно, поэтому на распределительных станциях газ смешивают с особым веществом, обладающим резким, неприятным запахом, который легко ощущается человеком.

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

5

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

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

Благодаря диффузии, насекомые находят себе пищу. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

А растение растёт, цветёт для них тоже благодаря диффузии. Ведь мы говорим, что растение дышит и выдыхает воздух, пьёт воду, получает из почвы различные микродобавки.

Плотоядные животные находят своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров, также как и рыбы пираньи.

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

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

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

Это позволяет быстро заметить наличие утечки газа в помещении.

3) Применение диффузии в технике.

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

6

4) Применение в повседневной жизни.

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

5) Вредное проявление диффузии.

Не всегда диффузия благо для человека. К сожалению, необходимо отметить и вредные проявления этого явления. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. В настоящее время общее количество эмиссии газов в атмосферу превышает 40 миллиардов тонн в год. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей. Например, в нашей Белгородской области также можно отметить вредные проявления диффузии наличием большого количества свинарных комплексов. Вредные и неприятные запахи, распространяющиеся от них, вредят здоровью людей и окружающей среде. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.
Загрязнение водоёмов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. Кроме того, в загрязнённой воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают.
Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб, труб тепловых электростанций устанавливают специальные фильтры. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, навоз, различного рода химикаты.
Мы видим, как велико значение диффузии в неживой природе, а существование живых организмов было бы невозможно, если бы не было этого явления. К сожалению, приходится бороться с отрицательным проявлением этого явления, но положительных факторов намного больше и поэтому мы говорим об огромном значении диффузии в природе.

7

Проведение исследования.

Опыт № 1

Наблюдение явления диффузии в жидкости.

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

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

8

Опыт № 2

Наблюдение явления диффузии в газах.

Цель: наблюдение диффузии в газах.
Приборы и материалы: флакон духов с пульверизатором.
Описание опыта и полученные результаты:
а) разбрызгиваем духи;
б) распространения запаха по всей комнате.

Вывод: проведя опыт, мы обнаружили, что диффузия наблюдается в газах.

Опыт № 3

Наблюдение явления диффузии в твердых телах.

Цель: наблюдение диффузии в твердых телах.
Приборы и материалы: яблоко, раствор «зеленки», пипетка.

Описание опыта и полученные результаты:

а) разрезаем яблоко, «капаем зеленкой» на одну половинку яблока
б) наблюдаем, как пятно расплывается по поверхности

Вывод: в ходе данного опыта мы пронаблюдали диффузию в твердых телах, заметили, что этот процесс протекает в твердых телах намного медленнее, чем в газах и жидкостях.

9

Опыт № 4

Наблюдение явления диффузии в твердых телах

Цель: наблюдение диффузии в твердых телах.

Приборы и материалы: тарелка, фасоль, вода.

Описание опыта и полученные результаты:

а) насыпаем фасоль в две тарелки

б) одну из тарелок с фасолью заливаем водой

Вывод: в ходе данного опыта мы пронаблюдали диффузию в твердых телах,

заметили, что этот процесс протекает в твердых телах намного медленнее, чем

в газах и жидкостях.

10

Заключение

В ходе данной исследовательской работы можно сделать вывод о том, что диффузия играет огромную роль в жизни человека и животных.

Природа широко использует возможности, заложенные в процессе диффузионного проникновения. Диффузия играет важнейшую роль в поглощении питания и насыщении кислородом крови, в воздухе которым мы дышим, всюду мы видим проявление всемогущей и универсальной диффузии. Надо чаще привлекать внимание общественности к проблемам окружающей среды. Экологическое воспитание надо осуществлять с малых лет.

Изучая диффузию, я пришла к выводу, что она присутствует во всех сферах жизнедеятельности человека, без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна.

11