Πρέπει να ορίσουμε τι σημαίνει στη φυσική η έννοια της διάχυσης.

Διάχυση

Αυτή η ιδέα ήρθε σε μας από λατινικάκαι σε μετάφραση η λέξη «diffusio» σημαίνει απλώνω, απλώνω. Όπως μπορεί να γίνει κατανοητό από τη μετάφραση, ο όρος διάχυση σημαίνει την αμοιβαία διείσδυση σωματιδίων μιας ουσίας σε μια άλλη ουσία υπό την επίδραση διαφόρων παραγόντων.

Αυτή η διαδικασία οφείλεται στην κίνηση των μορίων των υπό εξέταση ουσιών. Και το πιο εντυπωσιακό παράδειγμα διάχυσης είναι η ανάμειξη διαφόρων αερίων.

Η ταχύτητα αυτών των διεργασιών μπορεί να εξαρτάται, πρώτα απ' όλα, από έναν παράγοντα όπως η κατάσταση συσσωμάτωσης των εν λόγω ουσιών. Δηλαδή, όπως μπορούμε να καταλάβουμε, σε περιπτώσεις με υγρά και αέρια, αυτή η διαδικασία θα πάρει πολύ λιγότερο χρόνο από ό,τι, για παράδειγμα, με τα στερεά.

Ο ρυθμός αυτής της αντίδρασης εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία των ουσιών. Γνωρίζουμε ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνεται η ταχύτητα κίνησης των μορίων και επομένως η ταχύτητα ανάμειξης, η διείσδυση των μορίων ενός σώματος σε ένα άλλο θα είναι μεγαλύτερη.

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει τον ρυθμό διάχυσης είναι η πίεση. Αυτό το φαινόμενο έχει την πιο σύνθετη επίδραση στις ουσίες. Δηλαδή, αυτός ο μηχανισμός μειώνει τον όγκο των ουσιών, τον αριθμό των ελεύθερων κενών για άτομα και αυξάνει την περιεκτικότητα σε ενδιάμεσα άτομα.

Τύποι διάχυσης

Η διάχυση χωρίζεται σε διάφορους τύπους ανάλογα με τις αθροιστικές καταστάσεις των υπό εξέταση ουσιών:

• διάχυση αερίων.
• διάχυση υγρών?
• διάχυση πλάσματος;
• διάχυση κρυστάλλων.
• διάχυση στερεών.

Στόχοι μαθήματος:

Διδασκαλία: εμπέδωση των γνώσεων των μαθητών για δεδομένο θέμα, να τους διδάξει να κατανοούν και να περιγράφουν τη συμπεριφορά των μορίων μιας ουσίας σε διάφορες καταστάσεις συσσωμάτωσης, να εξηγούν τη σημασία της διαδικασίας διάχυσης στη φύση και την ανθρώπινη ζωή.

Εκπαιδευτικό: να συνεχιστεί η διαμόρφωση της ικανότητας των μαθητών για επιστημονική σκέψη.

Εκπαιδευτικό: να ενσταλάξει στους μαθητές την ικανότητα να συγκρίνουν φαινόμενα που παρατηρούνται στη φύση με τη γνώση που αποκτήθηκε για διάφορους φυσικούς νόμους.

Βασικοί όροι:

Αθροιστική κατάσταση της ύλης- αυτή είναι μια κατάσταση της ύλης που μπορεί να χαρακτηριστεί από ένα σύνολο συγκεκριμένων ιδιοτήτων (για παράδειγμα, διατήρηση ή αδυναμία διατήρησης όγκου, σχήματος κ.λπ.).

Διάχυση

Η έννοια της συνολικής κατάστασης της ύλης.

Ο κόσμος γύρω μας είναι περίπλοκος και αλλάζει. Ταυτόχρονα, μπορούμε να δούμε ότι η απεριόριστη ποικιλομορφία του κόσμου δεν είναι τόσο απεριόριστη. Συχνά βλέπουμε τις ίδιες ουσίες σε διαφορετικές καταστάσεις.

Το απλούστερο παράδειγμα στο οποίο μπορώ να αποδείξω την αλήθεια των λόγων μου είναι το νερό. Είναι πιο εύκολο να το δείτε σε διαφορετικές καταστάσεις - είναι ατμός, ή ομίχλη, είναι πάγος ή χιόνι, είναι υγρό που τρέχει από τη βρύση της κουζίνας. Όποια και αν είναι τα χαρακτηριστικά του νερού με τη μία ή την άλλη μορφή, παραμένει πάντα νερό - η σύνθεσή του δεν αλλάζει. Αυτά είναι τα ίδια 2 μόρια υδρογόνου και 1 μόριο οξυγόνου.

Εάν συνεχίσουμε να χρησιμοποιούμε το παράδειγμα που έχουμε πάρει, τότε μπορούμε να εντοπίσουμε ότι αυτές οι 3 καταστάσεις του νερού εξαρτώνται από ορισμένες εξωτερικές συνθήκες. Έτσι, το νερό παγώνει στους 0 βαθμούς, μετατρέπεται σε πάγο και το νερό βράζει στους 100 βαθμούς και μετατρέπεται σε ατμό. Αυτή η φωτογραφία δείχνει ξεκάθαρα και τις 3 καταστάσεις του νερού:

Ρύζι. 1: 3 καταστάσεις συσσώρευσης νερού

Τι συμπεράσματα λοιπόν μπορούμε να βγάλουμε αν σκεφτούμε προσεκτικά το παράδειγμά μας; Θα είναι έτσι:

Η αθροιστική κατάσταση της ύλης είναι μια κατάσταση ύλης που μπορεί να χαρακτηριστεί από ένα σύνολο συγκεκριμένων ιδιοτήτων (για παράδειγμα, διατήρηση ή αδυναμία διατήρησης όγκου, σχήματος κ.λπ.) υπό ορισμένες συνθήκες.

Όχι μόνο το νερό μπορεί να είναι σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεό, υγρό και αέριο. Αυτό ισχύει για όλες τις ουσίες.

Μερικές φορές, εκτός από τις παραπάνω τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης, προστίθεται και μια τέταρτη - πλάσμα. Μπορείτε να πάρετε μια ιδέα για το πώς μοιάζει ένα πλάσμα από το παρακάτω σχήμα:

Ρύζι. 2: λάμπα πλάσματος

αλλά θα μάθετε περισσότερα για το πλάσμα στα μαθήματα της φυσικής και της χημείας στο γυμνάσιο.

Διαδικασία διάχυσης

Όπως όλοι έχουμε ήδη μάθει, όλες οι ουσίες αποτελούνται από τα μικρότερα σωματίδια - ιόντα, άτομα, μόρια που βρίσκονται σε σε συνεχή κίνηση. Είναι αυτή η κίνηση που γίνεται ο λόγος για τον οποίο συμβαίνει η διαδικασία της διάχυσης.

Η διάχυση είναι μια διαδικασία που συνίσταται στην αμοιβαία διείσδυση μορίων ουσιών στα κενά μεταξύ μορίων άλλων ουσιών.

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη διάχυση σε διάφορες συγκεντρωτικές καταστάσεις.

Διάχυση σε αέρια

Ας δώσουμε μαζί παραδείγματα της διαδικασίας διάχυσης στα αέρια. Οι παραλλαγές εκδήλωσης αυτού του φαινομένου μπορεί να είναι οι εξής:

Διαδίδοντας τη μυρωδιά των λουλουδιών.

Δάκρυα από την κοπή κρεμμυδιών.

Ένα ίχνος αρώματος που γίνεται αισθητό στον αέρα.

Τα κενά μεταξύ των σωματιδίων στον αέρα είναι αρκετά μεγάλα, τα σωματίδια κινούνται τυχαία, οπότε η διάχυση αέριες ουσίεςσυμβαίνει αρκετά γρήγορα.

Ας παρακολουθήσουμε ένα βίντεο που δείχνει αυτή τη διαδικασία:

Διάχυση σε υγρά.

Τα σωματίδια ουσιών σε υγρά, και αυτά είναι συνήθως ιόντα ουσιών, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους αρκετά έντονα. Ταυτόχρονα, η απόσταση μεταξύ των ιόντων είναι αρκετά μεγάλη ώστε να επιτρέπει στα σωματίδια να αναμιγνύονται εύκολα.

Η παρακάτω εικόνα βίντεο δείχνει πώς γίνεται η διαδικασία διάχυσης στα υγρά. Τα σωματίδια χρώματος, που πέφτουν στην επιφάνεια του νερού, διαχέονται εύκολα, δηλαδή διεισδύουν στο νερό.

Ρύζι. 3: σωματίδια χρώματος απλωμένα στο νερό.

Την ίδια διαδικασία, αλλά ήδη σε δυναμική, μπορείτε να παρατηρήσετε στο βίντεο χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της διάλυσης κρυστάλλων υπερμαγγανικού καλίου:

Διάχυση σε στερεά.

Τα στερεά μπορεί να έχουν διαφορετική δομή και να αποτελούνται από μόρια, άτομα ή ιόντα. Σε κάθε περίπτωση, ανεξάρτητα από το ποια μικροσωματίδια αποτελείται το σώμα, η αλληλεπίδραση αυτών των σωματιδίων μεταξύ τους είναι πολύ ισχυρή. Παρά το γεγονός ότι αυτά, αυτά τα σωματίδια, εξακολουθούν να κινούνται, αλλά αυτές οι κινήσεις είναι πολύ ασήμαντες. Τα κενά μεταξύ των σωματιδίων είναι μικρά, επομένως είναι δύσκολο για άλλες ουσίες να διεισδύσουν μεταξύ τους. Η διαδικασία διάχυσης σε στερεάπερνά πολύ αργά και ανεπαίσθητα με γυμνό μάτι.

Ας δούμε ένα βίντεο σχετικά:

Έχοντας μάθει για τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας διάχυσης σε διάφορες συγκεντρωτικές καταστάσεις, είδαμε ότι η διαδικασία δεν είναι εξίσου γρήγορη. Από τι εξαρτάται ο ρυθμός διάχυσης; Έχουμε ήδη μία από τις απαντήσεις σε αυτό το ερώτημα - ο ρυθμός της διαδικασίας διάχυσης εξαρτάται από την κατάσταση συσσωμάτωσης της ουσίας.

Εσείς και εγώ γνωρίζουμε επίσης ότι τα σωματίδια της ύλης αρχίζουν να κινούνται πιο γρήγορα με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σημαίνει αυτό ότι η διαδικασία διάχυσης θα επιταχύνεται επίσης με την αύξηση της θερμοκρασίας; Η απάντηση είναι προφανής. Για επιβεβαίωση, ας δούμε το βίντεο:

Η ένταση της διάχυσης μιας ουσίας σε μια άλλη εξαρτάται επίσης από τη συγκέντρωση αυτών των ουσιών και από εξωτερικές επιδράσεις (για παράδειγμα, εάν απλώς ρίξετε ένα διάλυμα ιωδίου σε νερό και αν το αναμίξετε επίσης, τότε ο ρυθμός απόκτησης ομοιόμορφου χρώματος από τη λύση θα είναι διαφορετική).

συμπεράσματα

1. Η αθροιστική κατάσταση της ύλης είναι μια κατάσταση ύλης που μπορεί να χαρακτηριστεί από ένα σύνολο συγκεκριμένων ιδιοτήτων (για παράδειγμα, διατήρηση ή αδυναμία διατήρησης του όγκου, του σχήματος κ.λπ.) υπό ορισμένες συνθήκες. Όχι μόνο το νερό μπορεί να είναι σε τρεις καταστάσεις συσσωμάτωσης: στερεό, υγρό και αέριο. Αυτό ισχύει για όλες τις ουσίες.

2. Η διάχυση είναι μια διαδικασία που συνίσταται στην αμοιβαία διείσδυση μορίων ουσιών στα κενά μεταξύ μορίων άλλων ουσιών.

3. Ο ρυθμός διάχυσης εξαρτάται από: θερμοκρασία, συγκέντρωση, εξωτερικές επιδράσεις, κατάσταση συσσωμάτωσης της ουσίας.

Είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί η διαδικασία της διάχυσης στην ανθρώπινη ζωή. Για παράδειγμα, η διείσδυση οξυγόνου μέσω του λεπτότερου τοιχώματος των κυψελίδων στα τριχοειδή αγγεία των πνευμόνων πραγματοποιείται ακριβώς λόγω της διάχυσης. Τα τοιχώματα των κυψελίδων είναι πολύ λεπτά, από φυσική άποψη, το κυψελιδικό τοίχωμα είναι μια ημιπερατή μεμβράνη. Η συγκέντρωση του οξυγόνου στον ατμοσφαιρικό αέρα είναι πολύ υψηλότερη από τη συγκέντρωσή του και το τριχοειδές αίμα, γι' αυτό και το οξυγόνο πέφτει μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης - εκεί που είναι λιγότερο. Η διάχυση μας επιτρέπει να αναπνέουμε.

Επίσης, αυτή η διαδικασία εξασφαλίζει εν μέρει τη διείσδυση των θρεπτικών συστατικών από το πεπτικό σύστημα στο αίμα και τη δράση πολλών φαρμάκων.

Το σχήμα δείχνει σχηματικά πώς απορροφώνται τα θρεπτικά συστατικά στο ανθρώπινο έντερο.

Ρύζι. 4: λεπτό έντερο θηλαστικού

Βιβλιογραφία

Μάθημα με θέμα: «Διάχυση σε αέρια, υγρά, στερεά», συγγραφέας Selezneva A. M., γυμνάσιο Νο. 7, Boyarka, περιοχή Κιέβου.

Peryshkin A. V. "Φυσική 7η τάξη", Μόσχα, Bustard, 2006

Rodina N. A., Gromov S. V., "Physics", M., Mir, 2002

Επιμέλεια και αποστολή από τον Borisenko I.N..

Εργάστηκε στο μάθημα:

ΣΤΟ σχολικό πρόγραμμα σπουδώνη μελέτη μιας τέτοιας έννοιας όπως η διάχυση. Τι είναι, είδη διάχυσης, νόμος, μέθοδος, εξίσωση, παραδείγματα περιγράφονται στο άρθρο....

Από την Masterweb

03.04.2018 22:01

Στο σχολικό πρόγραμμα σπουδών στο μάθημα της φυσικής (περίπου στην έβδομη τάξη), οι μαθητές μαθαίνουν ότι η διάχυση είναι μια διαδικασία που είναι η αμοιβαία διείσδυση σωματιδίων μιας ουσίας μεταξύ σωματιδίων μιας άλλης ουσίας, ως αποτέλεσμα της οποίας οι συγκεντρώσεις εξισώνονται σε όλη την κατειλημμένος όγκος. Αυτός είναι ένας μάλλον δύσκολος ορισμός να κατανοηθεί. Για να κατανοήσουμε τι είναι η απλή διάχυση, ο νόμος της διάχυσης, η εξίσωσή της, είναι απαραίτητο να μελετήσουμε λεπτομερώς τα υλικά για αυτά τα θέματα. Ωστόσο, εάν μια γενική ιδέα είναι αρκετή για ένα άτομο, τότε τα παρακάτω δεδομένα θα σας βοηθήσουν να αποκτήσετε στοιχειώδη γνώση.

Φυσικό φαινόμενο - τι είναι

Λόγω του γεγονότος ότι πολλοί άνθρωποι μπερδεύουν ή δεν γνωρίζουν καθόλου τι είναι ένα φυσικό φαινόμενο και σε τι διαφέρει από το χημικό, καθώς και σε τι είδους φαινόμενα ανήκει η διάχυση, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τι είναι φυσικό φαινόμενο. Έτσι, όπως όλοι γνωρίζουν, η φυσική είναι μια ανεξάρτητη επιστήμη που ανήκει στον τομέα της φυσικής επιστήμης, η οποία μελετά τους γενικούς φυσικούς νόμους σχετικά με τη δομή και την κίνηση της ύλης, καθώς και μελετά την ίδια την ύλη. Κατά συνέπεια, φυσικό φαινόμενο είναι ένα τέτοιο φαινόμενο, ως αποτέλεσμα του οποίου δεν σχηματίζονται νέες ουσίες, αλλά συμβαίνει μόνο μια αλλαγή στη δομή της ουσίας. Η διαφορά μεταξύ ενός φυσικού φαινομένου και ενός χημικού έγκειται ακριβώς στο γεγονός ότι ως αποτέλεσμα δεν λαμβάνονται νέες ουσίες. Έτσι, η διάχυση είναι ένα φυσικό φαινόμενο.

Ορισμός του όρου διάχυση

Όπως γνωρίζετε, μπορεί να υπάρχουν πολλές διατυπώσεις μιας έννοιας, αλλά το γενικό νόημα δεν πρέπει να αλλάξει. Και η διάχυση δεν αποτελεί εξαίρεση. Ο γενικευμένος ορισμός είναι ο εξής: η διάχυση είναι ένα φυσικό φαινόμενο, το οποίο είναι η αμοιβαία διείσδυση σωματιδίων (μόρια, άτομα) δύο ή περισσότερων ουσιών σε ομοιόμορφη κατανομή σε ολόκληρο τον όγκο που καταλαμβάνουν αυτές οι ουσίες. Ως αποτέλεσμα της διάχυσης, δεν σχηματίζονται νέες ουσίες, επομένως είναι ακριβώς ένα φυσικό φαινόμενο. Η απλή διάχυση ονομάζεται διάχυση, ως αποτέλεσμα της οποίας τα σωματίδια μετακινούνται από την περιοχή της υψηλότερης συγκέντρωσης στην περιοχή της χαμηλότερης συγκέντρωσης, η οποία οφείλεται στη θερμική (χαοτική, Brown) κίνηση των σωματιδίων. Με άλλα λόγια, η διάχυση είναι μια διαδικασία ανάμειξης σωματιδίων διαφορετικών ουσιών και τα σωματίδια κατανέμονται ομοιόμορφα σε όλο τον όγκο. Αυτός είναι ένας πολύ απλοποιημένος ορισμός, αλλά ο πιο κατανοητός.

Τύποι διάχυσης

Η διάχυση μπορεί να σταθεροποιηθεί τόσο κατά την παρατήρηση αέριων και υγρών ουσιών όσο και στερεών. Ως εκ τούτου, περιλαμβάνει διάφορους τύπους:

• Η κβαντική διάχυση είναι η διαδικασία διάχυσης σωματιδίων ή σημειακών ελαττωμάτων (τοπικές διαταραχές στο κρυσταλλικό πλέγμα μιας ουσίας), η οποία πραγματοποιείται σε στερεά. Οι τοπικές παραβιάσεις είναι παραβιάσεις σε ένα ορισμένο σημείο του κρυσταλλικού πλέγματος.

• Κολλοειδή - διάχυση που συμβαίνει σε ολόκληρο τον όγκο του κολλοειδούς συστήματος. Ένα κολλοειδές σύστημα είναι ένα μέσο στο οποίο κατανέμονται σωματίδια, φυσαλίδες, σταγόνες ενός άλλου μέσου, που διαφέρουν ως προς τη συνολική κατάσταση και τη σύνθεση από το πρώτο. Τέτοια συστήματα, καθώς και οι διεργασίες που συμβαίνουν σε αυτά, μελετώνται λεπτομερώς στο μάθημα της χημείας των κολλοειδών.
• Συναγωγή - η μεταφορά μικροσωματιδίων μιας ουσίας από μακροσωματίδια του μέσου. Ένας ειδικός κλάδος της φυσικής που ονομάζεται υδροδυναμική ασχολείται με τη μελέτη της κίνησης των συνεχών μέσων. Από εκεί μπορείτε να λάβετε γνώση για τις καταστάσεις της ροής.
• Η τυρβώδης διάχυση είναι η διαδικασία μεταφοράς μιας ουσίας σε μια άλλη, λόγω της τυρβώδους κίνησης της δεύτερης ουσίας (συνήθης για αέρια και υγρά).

Η δήλωση επιβεβαιώνεται ότι η διάχυση μπορεί να γίνει τόσο σε αέρια και υγρά όσο και σε στερεά.

Τι είναι ο νόμος του Φικ;

Ο Γερμανός επιστήμονας, φυσικός Fick, συνήγαγε έναν νόμο που δείχνει την εξάρτηση της πυκνότητας ροής των σωματιδίων σε μια ενιαία περιοχή από μια αλλαγή στη συγκέντρωση μιας ουσίας ανά μονάδα μήκους. Αυτός ο νόμος είναι ο νόμος της διάχυσης. Ο νόμος μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: η ροή των σωματιδίων, η οποία κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα, είναι ανάλογη με την παράγωγο του αριθμού των σωματιδίων σε σχέση με τη μεταβλητή που απεικονίζεται κατά μήκος του άξονα σε σχέση με τον οποίο είναι η κατεύθυνση της ροής των σωματιδίων. προσδιορίζεται. Με άλλα λόγια, η ροή των σωματιδίων που κινούνται προς την κατεύθυνση του άξονα είναι ανάλογη με την παράγωγο του αριθμού των σωματιδίων σε σχέση με τη μεταβλητή, η οποία απεικονίζεται στον ίδιο άξονα με τη ροή. Ο νόμος του Fick σας επιτρέπει να περιγράψετε τη διαδικασία μεταφοράς της ύλης στο χρόνο και στο χώρο.

Εξίσωση διάχυσης

Όταν υπάρχουν ροές σε μια ουσία, η ίδια η ουσία ανακατανέμεται στο χώρο. Από αυτή την άποψη, υπάρχουν αρκετές εξισώσεις που περιγράφουν αυτή τη διαδικασία ανακατανομής από μακροσκοπική άποψη. Η εξίσωση διάχυσης είναι διαφορική. Προκύπτει από τη γενική εξίσωση για τη μεταφορά της ύλης, η οποία ονομάζεται επίσης εξίσωση της συνέχειας. Παρουσία διάχυσης, χρησιμοποιείται ο νόμος του Fick, ο οποίος περιγράφεται παραπάνω. Η εξίσωση έχει την εξής μορφή:

dn/dt=(d/dx)*(D*(dn/dx)+q.

Μέθοδοι διάχυσης

Η μέθοδος διάχυσης, ή μάλλον η μέθοδος εφαρμογής της σε στερεά υλικά, χρησιμοποιείται ευρέως στο πρόσφατους χρόνους. Αυτό οφείλεται στα πλεονεκτήματα της μεθόδου, ένα από τα οποία είναι η απλότητα του χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού και της ίδιας της διαδικασίας. Η ουσία της μεθόδου διάχυσης από στερεές πηγές είναι η εναπόθεση φιλμ με ένα ή περισσότερα στοιχεία σε ημιαγωγούς. Υπάρχουν πολλές άλλες μέθοδοι για την υλοποίηση της διάχυσης, εκτός από τη μέθοδο στερεάς πηγής:

• σε κλειστό όγκο (μέθοδος αμπούλας). Η ελάχιστη τοξικότητα είναι ένα πλεονέκτημα της μεθόδου, αλλά το υψηλό κόστος της, λόγω της διαθεσιμότητας της αμπούλας, είναι ένα σημαντικό μειονέκτημα.
• σε ανοιχτό όγκο (θερμική διάχυση). Η δυνατότητα χρήσης πολλών στοιχείων λόγω υψηλών θερμοκρασιών αποκλείεται, καθώς και η πλευρική διάχυση είναι μεγάλα μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου.
• σε μερικώς κλειστό τόμο (μέθοδος κουτιού). Αυτή είναι μια ενδιάμεση μέθοδος μεταξύ των δύο που περιγράφονται παραπάνω.

Για να μάθετε περισσότερα για τις μεθόδους και τα χαρακτηριστικά της διάχυσης, είναι απαραίτητο να μελετήσετε πρόσθετη βιβλιογραφία αφιερωμένη ειδικά σε αυτά τα θέματα.

Kievyan street, 16 0016 Armenia, Yerevan +374 11 233 255

Διάχυση

Ένα παράδειγμα διάχυσης είναι η ανάμειξη αερίων (για παράδειγμα, η εξάπλωση οσμών) ή υγρών (αν ρίξετε μελάνι στο νερό, το υγρό θα αποκτήσει ομοιόμορφο χρώμα μετά από λίγο). Ένα άλλο παράδειγμα συνδέεται με ένα στερεό σώμα: τα άτομα των παρακείμενων μετάλλων αναμειγνύονται στο όριο επαφής. Η διάχυση σωματιδίων παίζει σημαντικό ρόλο στη φυσική του πλάσματος.

Συνήθως, η διάχυση νοείται ως διαδικασίες που συνοδεύονται από μεταφορά ύλης, ωστόσο, μερικές φορές άλλες διαδικασίες μεταφοράς ονομάζονται επίσης διάχυση: θερμική αγωγιμότητα, ιξώδης τριβή κ.λπ.

Ο ρυθμός διάχυσης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Έτσι, στην περίπτωση μιας μεταλλικής ράβδου, η θερμική διάχυση γίνεται πολύ γρήγορα. Εάν η ράβδος είναι κατασκευασμένη από συνθετικό υλικό, η θερμική διάχυση προχωρά αργά. Η διάχυση των μορίων στη γενική περίπτωση προχωρά ακόμη πιο αργά. Για παράδειγμα, εάν ένα κομμάτι ζάχαρης χαμηλώσει στον πάτο ενός ποτηριού με νερό και το νερό δεν ανακατευτεί, θα χρειαστούν αρκετές εβδομάδες μέχρι το διάλυμα να γίνει ομοιογενές. Ακόμη πιο αργή είναι η διάχυση ενός στερεού σε ένα άλλο. Για παράδειγμα, εάν ο χαλκός είναι επικαλυμμένος με χρυσό, τότε θα συμβεί διάχυση χρυσού σε χαλκό, αλλά υπό κανονικές συνθήκες (θερμοκρασία δωματίου και ατμοσφαιρική πίεση), το στρώμα που φέρει χρυσό θα φτάσει σε πάχος πολλών μικρών μόνο μετά από αρκετές χιλιάδες χρόνια.

Μια ποσοτική περιγραφή των διεργασιών διάχυσης δόθηκε από τον Γερμανό φυσιολόγο A. Fick ( Αγγλικά) το 1855

γενική περιγραφή

Όλοι οι τύποι διάχυσης υπακούουν στους ίδιους νόμους. Ο ρυθμός διάχυσης είναι ανάλογος με την περιοχή διατομής του δείγματος, καθώς και τη διαφορά στις συγκεντρώσεις, τις θερμοκρασίες ή τα φορτία (στην περίπτωση σχετικά μικρών τιμών αυτών των παραμέτρων). Έτσι, η θερμότητα θα ταξιδέψει τέσσερις φορές γρηγορότερα μέσω μιας ράβδου διαμέτρου δύο εκατοστών παρά μέσω μιας ράβδου διαμέτρου ενός εκατοστού. Αυτή η θερμότητα θα εξαπλωθεί πιο γρήγορα εάν η διαφορά θερμοκρασίας ανά εκατοστό είναι 10°C αντί για 5°C. Ο ρυθμός διάχυσης είναι επίσης ανάλογος με την παράμετρο που χαρακτηρίζει ένα συγκεκριμένο υλικό. Σε περίπτωση θερμικής διάχυσης αυτή η παράμετρος ονομάζεται θερμική αγωγιμότητα, σε περίπτωση ροής ηλεκτρικά φορτία- ηλεκτρική αγωγιμότητα. Η ποσότητα μιας ουσίας που διαχέεται σε ένα δεδομένο χρόνο και η απόσταση που διανύει η ουσία διάχυσης είναι ανάλογες με την τετραγωνική ρίζα του χρόνου διάχυσης.

Η διάχυση είναι μια διαδικασία σε μοριακό επίπεδο και καθορίζεται από την τυχαία φύση της κίνησης μεμονωμένων μορίων. Ο ρυθμός διάχυσης είναι επομένως ανάλογος με τη μέση ταχύτητα των μορίων. Στην περίπτωση των αερίων, η μέση ταχύτητα των μικρών μορίων είναι μεγαλύτερη, δηλαδή, είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τετραγωνική ρίζα της μάζας του μορίου και αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Οι διεργασίες διάχυσης σε στερεά σε υψηλές θερμοκρασίες βρίσκουν συχνά πρακτική εφαρμογή. Για παράδειγμα, ορισμένοι τύποι σωλήνων καθοδικών ακτίνων (CRT) χρησιμοποιούν μεταλλικό θόριο που διαχέεται μέσω μεταλλικού βολφραμίου στους 2000°C.

Εάν σε ένα μείγμα αερίων η μάζα ενός μορίου είναι τέσσερις φορές μεγαλύτερη από το άλλο, τότε ένα τέτοιο μόριο κινείται δύο φορές πιο αργά σε σύγκριση με την κίνησή του σε ένα καθαρό αέριο. Κατά συνέπεια, ο ρυθμός διάχυσης του είναι επίσης χαμηλότερος. Αυτή η διαφορά στους ρυθμούς διάχυσης μεταξύ ελαφρών και βαρέων μορίων χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό ουσιών με διαφορετικά μοριακά βάρη. Ένα παράδειγμα είναι ο διαχωρισμός ισοτόπων. Εάν ένα αέριο που περιέχει δύο ισότοπα περάσει μέσα από μια πορώδη μεμβράνη, τα ελαφρύτερα ισότοπα διεισδύουν στη μεμβράνη γρηγορότερα από τα βαρύτερα. Για καλύτερο διαχωρισμό, η διαδικασία πραγματοποιείται σε διάφορα στάδια. Αυτή η διαδικασία έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως για τον διαχωρισμό των ισοτόπων ουρανίου (διαχωρισμός 235 U από το μεγαλύτερο μέρος των 238 U). Δεδομένου ότι αυτή η μέθοδος διαχωρισμού είναι ενεργοβόρα, έχουν αναπτυχθεί άλλες, πιο οικονομικές μέθοδοι διαχωρισμού. Για παράδειγμα, η χρήση της θερμικής διάχυσης σε ένα αέριο μέσο έχει αναπτυχθεί ευρέως. Ένα αέριο που περιέχει ένα μείγμα ισοτόπων τοποθετείται σε ένα θάλαμο στον οποίο διατηρείται μια χωρική διαφορά θερμοκρασίας (βαθμίδα). Σε αυτή την περίπτωση, τα βαριά ισότοπα συγκεντρώνονται με την πάροδο του χρόνου στην ψυχρή περιοχή.

Οι εξισώσεις του Φικ

Από την άποψη της θερμοδυναμικής, το κινητήριο δυναμικό οποιασδήποτε διαδικασίας ισοπέδωσης είναι η ανάπτυξη της εντροπίας. Σε σταθερή πίεση και θερμοκρασία, το ρόλο ενός τέτοιου δυναμικού παίζει το χημικό δυναμικό µ , προκαλώντας τη διατήρηση της ροής της ύλης. Η ροή των σωματιδίων της ουσίας είναι ανάλογη της βαθμίδας του δυναμικού

~

Στις περισσότερες πρακτικές περιπτώσεις, η συγκέντρωση χρησιμοποιείται αντί του χημικού δυναμικού ντο. Άμεση αντικατάσταση µ στο ντοκαθίσταται λανθασμένη στην περίπτωση υψηλών συγκεντρώσεων, αφού το χημικό δυναμικό παύει να σχετίζεται με τη συγκέντρωση σύμφωνα με τον λογαριθμικό νόμο. Εάν δεν λάβουμε υπόψη τέτοιες περιπτώσεις, τότε ο παραπάνω τύπος μπορεί να αντικατασταθεί από τον ακόλουθο:

που δείχνει ότι η πυκνότητα ροής της ύλης Jανάλογο του συντελεστή διάχυσης ρε[()] και τη βαθμίδα συγκέντρωσης. Αυτή η εξίσωση εκφράζει τον πρώτο νόμο του Fick. Ο δεύτερος νόμος του Fick σχετίζεται με χωρικές και χρονικές αλλαγές στη συγκέντρωση (εξίσωση διάχυσης):

Συντελεστής διάχυσης ρεεξαρτάται από τη θερμοκρασία. Σε πολλές περιπτώσεις, σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, αυτή η εξάρτηση είναι η εξίσωση Arrhenius.

Ένα πρόσθετο πεδίο που εφαρμόζεται παράλληλα με τη βαθμίδα χημικού δυναμικού διασπά τη σταθερή κατάσταση. Σε αυτή την περίπτωση, οι διαδικασίες διάχυσης περιγράφονται από τη μη γραμμική εξίσωση Fokker-Planck. Οι διαδικασίες διάχυσης έχουν μεγάλης σημασίαςστη φύση:

• Διατροφή, αναπνοή ζώων και φυτών.
• Η διείσδυση του οξυγόνου από το αίμα στους ανθρώπινους ιστούς.

Γεωμετρική περιγραφή της εξίσωσης Fick

Στη δεύτερη εξίσωση Fick, στην αριστερή πλευρά είναι ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης με την πάροδο του χρόνου, και στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης είναι η δεύτερη μερική παράγωγος, η οποία εκφράζει χωρική κατανομήσυγκέντρωση, ειδικότερα, η κυρτότητα της συνάρτησης κατανομής θερμοκρασίας που προβάλλεται στον άξονα x.

δείτε επίσης

• Η επιφανειακή διάχυση είναι μια διαδικασία που σχετίζεται με την κίνηση των σωματιδίων που συμβαίνουν στην επιφάνεια ενός συμπυκνωμένου σώματος μέσα στο πρώτο επιφανειακό στρώμα ατόμων (μόρια) ή πάνω από αυτό το στρώμα.

Σημειώσεις

Βιβλιογραφία

• Bokshtein B.S.Τα άτομα περιφέρονται μέσα στον κρύσταλλο. - M .: Nauka, 1984. - 208 σελ. - (Βιβλιοθήκη «Quantum», Τεύχος 28). - 150.000 αντίτυπα.

Συνδέσεις

• Diffusion (βίντεο μάθημα, πρόγραμμα 7ης τάξης)
• Διάχυση ατόμων ακαθαρσίας στην επιφάνεια ενός μόνο κρυστάλλου

Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .

Συνώνυμα:

Δείτε τι είναι το "Diffusion" σε άλλα λεξικά:

- [λατ. διάχυση διανομή, διάδοση] φυσικός, χημικός. η διείσδυση μορίων μιας ουσίας (αερίου, υγρού, στερεού) σε μια άλλη κατά την άμεση επαφή τους ή μέσω ενός πορώδους διαχωρισμού. Λεξικό ξένων λέξεων. Komlev N.G.,…… Λεξικό ξένων λέξεων της ρωσικής γλώσσας

Διάχυση- είναι η διείσδυση στο μέσο σωματιδίων μιας ουσίας σωματιδίων μιας άλλης ουσίας, η οποία συμβαίνει ως αποτέλεσμα θερμική κίνησηπρος την κατεύθυνση της μείωσης της συγκέντρωσης μιας άλλης ουσίας. [Blum E.E. Λεξικό βασικών μεταλλουργικών όρων. Αικατερινούπολη… Εγκυκλοπαίδεια όρων, ορισμών και επεξηγήσεων δομικών υλικών

Σύγχρονη Εγκυκλοπαίδεια

- (από το λατινικό diffusio spreading spreading, dispersion), η κίνηση των σωματιδίων του μέσου, που οδηγεί στη μεταφορά της ύλης και την ευθυγράμμιση των συγκεντρώσεων ή στη δημιουργία ισορροπίας κατανομής των συγκεντρώσεων των σωματιδίων ενός δεδομένου τύπου στο μέσο. Με την απουσία του… … Μεγάλο εγκυκλοπαιδικό λεξικό

ΔΙΑΧΥΣΗ, η μετακίνηση μιας ουσίας σε ένα μείγμα από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης, που προκαλείται από την τυχαία κίνηση μεμονωμένων ατόμων ή μορίων. Η διάχυση σταματά όταν εξαφανιστεί η βαθμίδα συγκέντρωσης. Ταχύτητα… … Επιστημονικό και τεχνικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό

διάχυση- και καλά. διάχυση στ., γερμ. διάχυση λατ. diffusio απλώνοντας, απλώνοντας. Αμοιβαία διείσδυση παρακείμενων ουσιών μεταξύ τους λόγω της θερμικής κίνησης μορίων και ατόμων. Διάχυση αερίων, υγρών. BAS 2. || μεταφρ. Αυτοί είναι… … Ιστορικό λεξικόγαλλισμός της ρωσικής γλώσσας

Διάχυση- (από το λατινικό diffusio κατανομή, διασπορά, σκέδαση), η κίνηση των σωματιδίων του μέσου, που οδηγεί στη μεταφορά της ύλης και την ευθυγράμμιση των συγκεντρώσεων ή τη δημιουργία της κατανομής ισορροπίας τους. Η διάχυση συνήθως καθορίζεται από τη θερμική κίνηση ... ... Εικονογραφημένο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

Η κίνηση των σωματιδίων προς την κατεύθυνση της μείωσης της συγκέντρωσής τους, λόγω της θερμικής κίνησης. Δ. οδηγεί στην ευθυγράμμιση των συγκεντρώσεων της ουσίας διάχυσης και στην ομοιόμορφη πλήρωση του όγκου με σωματίδια. ... ... Γεωλογική Εγκυκλοπαίδεια

- (από το λατ. diffusio spread, spreading), αμοιβαία διείσδυση όσων έρχονται σε επαφή μεταξύ τους λόγω θερμικής κίνησης h c in va. Δ. εμφανίζεται προς την κατεύθυνση μείωσης της συγκέντρωσης σε va και οδηγεί σε αυτήν ομοιόμορφη κατανομήεπί… … Φυσική Εγκυκλοπαίδεια

Διάδοση, διείσδυση, διασπορά, διανομή Λεξικό ρωσικών συνωνύμων. διάχυση n., αριθμός συνωνύμων: 9 barodiffusion (1) ... Συνώνυμο λεξικό

DIFFUSION, και, συζύγους. (ειδικός.). Η αμοιβαία διείσδυση σωματιδίων μιας ουσίας σε μια άλλη όταν έρχονται σε επαφή. Δ. αέρια. | επίθ. διάχυση, ω, ω. ΛεξικόΟζέγκοφ. ΣΙ. Ozhegov, N.Yu. Σβέντοβα. 1949 1992... Επεξηγηματικό λεξικό Ozhegov

Το κείμενο της εργασίας τοποθετείται χωρίς εικόνες και τύπους.
Πλήρη έκδοσηη εργασία είναι διαθέσιμη στην καρτέλα "Αρχεία εργασίας" σε μορφή PDF

Εισαγωγή

Η διάχυση παίζει τεράστιο ρόλο στη φύση, στην ανθρώπινη ζωή και στην τεχνολογία. Οι διαδικασίες διάχυσης μπορούν να έχουν θετικές και αρνητικές επιπτώσεις στη ζωή των ανθρώπων και των ζώων. Ένα παράδειγμα θετικού αντίκτυπου είναι η συντήρηση ομοιογενής σύνθεσηατμοσφαιρικός αέρας κοντά στην επιφάνεια της γης. Η διάχυση παίζει σημαντικό ρόλο σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας, σε διαδικασίες που συμβαίνουν σε έμψυχη και άψυχη φύση. Επηρεάζει την πορεία των χημικών αντιδράσεων.

Με τη συμμετοχή της διάχυσης ή σε περίπτωση παραβίασης και αλλαγής αυτής της διαδικασίας, μπορεί να συμβούν αρνητικά φαινόμενα στη φύση και την ανθρώπινη ζωή, όπως εκτεταμένη ρύπανση του περιβάλλοντος από προϊόντα τεχνική πρόοδοπρόσωπο.

Συνάφεια:Η διάχυση αποδεικνύει ότι τα σώματα αποτελούνται από μόρια που βρίσκονται σε τυχαία κίνηση. Η διάχυση έχει μεγάλη σημασία στη ζωή του ανθρώπου, των ζώων και των φυτών, καθώς και στην τεχνολογία.

Στόχος:

να αποδείξει ότι η διάχυση εξαρτάται από τη θερμοκρασία.

εξετάστε παραδείγματα διάχυσης σε πειράματα στο σπίτι.

βεβαιωθείτε ότι η διάχυση σε διαφορετικές ουσίες συμβαίνει με διαφορετικούς τρόπους.

Εξετάστε τη θερμική διάχυση των ουσιών.

Στόχοι της έρευνας:

Να μελετήσει την επιστημονική βιβλιογραφία με θέμα «Διάχυση».

Να αποδείξετε την εξάρτηση του ρυθμού διάχυσης από τον τύπο της ουσίας, τη θερμοκρασία.

Να μελετήσει την επίδραση του φαινομένου της διάχυσης στο περιβάλλον και τον άνθρωπο.

Περιγράψτε και σχεδιάστε τα περισσότερα ενδιαφέρουσες εμπειρίεςμε διάχυση.

Ερευνητικές μέθοδοι:

Ανάλυση βιβλιογραφίας και διαδικτυακού υλικού.

Διεξαγωγή πειραμάτων για τη μελέτη της εξάρτησης της διάχυσης από τον τύπο της ουσίας και τη θερμοκρασία.

Ανάλυση αποτελεσμάτων.

Αντικείμενο μελέτης:το φαινόμενο της διάχυσης, η εξάρτηση της πορείας της διάχυσης από διάφορους παράγοντες, η εκδήλωση διάχυσης στη φύση, την τεχνολογία, την καθημερινότητα.

Υπόθεση:η διάχυση έχει μεγάλη σημασία για τον άνθρωπο και τη φύση.

1. Θεωρητικό μέρος

1.1.Τι είναι η διάχυση

Η διάχυση είναι μια αυθόρμητη ανάμιξη ουσιών που έρχονται σε επαφή, η οποία συμβαίνει λόγω της χαοτικής (τυχαίας) κίνησης των μορίων.

Ένας άλλος ορισμός: διάχυση ( λατ. διάχυση- κατανομή, εξάπλωση, διασπορά) - η διαδικασία μεταφοράς ύλης ή ενέργειας από μια περιοχή με υψηλή συγκέντρωση σε μια περιοχή με χαμηλή συγκέντρωση.

Το πιο διάσημο παράδειγμα διάχυσης είναι η ανάμειξη αερίων ή υγρών (αν ρίξετε μελάνι στο νερό, το υγρό θα χρωματιστεί ομοιόμορφα μετά από λίγο).

Η διάχυση συμβαίνει σε υγρά, στερεά και αέρια. Η διάχυση συμβαίνει πιο γρήγορα στα αέρια, πιο αργά στα υγρά και ακόμη πιο αργά στα στερεά, γεγονός που οφείλεται στη φύση της θερμικής κίνησης των σωματιδίων σε αυτά τα μέσα. Η τροχιά κάθε σωματιδίου αερίου είναι μια διακεκομμένη γραμμή, γιατί Όταν τα σωματίδια συγκρούονται, αλλάζουν κατεύθυνση και ταχύτητα κίνησης. Για αιώνες, οι εργάτες συγκολλούσαν μέταλλα και κατασκεύαζαν χάλυβα θερμαίνοντας συμπαγή σίδηρο σε ατμόσφαιρα άνθρακα, χωρίς να έχουν την παραμικρή ιδέα για τις διαδικασίες διάχυσης που λαμβάνουν χώρα. Μόνο το 1896. άρχισε η μελέτη του προβλήματος.

Η διάχυση των μορίων προχωρά πολύ αργά. Για παράδειγμα, εάν ένα κομμάτι ζάχαρης χαμηλώσει στον πάτο ενός ποτηριού με νερό και το νερό δεν ανακατευτεί, θα χρειαστούν αρκετές εβδομάδες μέχρι το διάλυμα να γίνει ομοιογενές.

1.2. Ο ρόλος της διάχυσης στη φύση

Με τη βοήθεια της διάχυσης, διάφορες αέριες ουσίες εξαπλώνονται στον αέρα: για παράδειγμα, ο καπνός μιας φωτιάς εξαπλώνεται σε μεγάλες αποστάσεις. Αν κοιτάξετε τις καμινάδες των εργοστασίων και τις εξατμίσεις των αυτοκινήτων, σε πολλές περιπτώσεις είναι ορατός καπνός κοντά στις καμινάδες. Και μετά χάνεται κάπου. Ο καπνός διαλύεται στον αέρα με διάχυση. Εάν ο καπνός είναι πυκνός, τότε το λοφίο του εκτείνεται αρκετά μακριά.

Το αποτέλεσμα της διάχυσης μπορεί να είναι η εξίσωση της θερμοκρασίας στο δωμάτιο κατά τον αερισμό. Με τον ίδιο τρόπο, η ατμοσφαιρική ρύπανση εμφανίζεται με επιβλαβή βιομηχανικά προϊόντα και τα καυσαέρια των οχημάτων. Το φυσικό εύφλεκτο αέριο που χρησιμοποιούμε στο σπίτι είναι άχρωμο και άοσμο. Σε περίπτωση διαρροής, είναι αδύνατο να το παρατηρήσετε, επομένως, στους σταθμούς διανομής, το αέριο αναμιγνύεται με μια ειδική ουσία που έχει μια απότομη, δυσάρεστη οσμή, η οποία γίνεται εύκολα αισθητή από ένα άτομο ακόμη και σε πολύ χαμηλή συγκέντρωση. Αυτή η προφύλαξη σάς επιτρέπει να παρατηρήσετε γρήγορα τη συσσώρευση αερίου στο δωμάτιο εάν παρουσιαστεί διαρροή (Εικ. 1).

Λόγω του φαινομένου της διάχυσης, το κατώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας - η τροπόσφαιρα - αποτελείται από ένα μείγμα αερίων: άζωτο, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακακαι υδρατμούς. Ελλείψει διάχυσης, η διαστρωμάτωση θα γινόταν υπό τη δράση της βαρύτητας: στον πυθμένα θα υπήρχε ένα στρώμα βαρέος διοξειδίου του άνθρακα, πάνω από αυτό - οξυγόνο, πάνω - άζωτο, αδρανή αέρια (Εικ. 2).

Στον ουρανό παρατηρούμε και αυτό το φαινόμενο. Τα διασκορπισμένα σύννεφα είναι επίσης ένα παράδειγμα διάχυσης και πόσο σωστά λέει σχετικά ο F. Tyutchev: "Τα σύννεφα λιώνουν στον ουρανό ..." (Εικ. 3)

Η ανάμειξη γλυκού νερού με αλμυρό νερό στη συμβολή των ποταμών στη θάλασσα βασίζεται στην αρχή της διάχυσης. Η διάχυση διαλυμάτων διαφόρων αλάτων στο έδαφος συμβάλλει στη φυσιολογική θρέψη των φυτών.

Η διάχυση παίζει μεγάλο ρόλοστη φυτική και ζωική ζωή. Τα μυρμήγκια σημαδεύουν το μονοπάτι τους με σταγόνες δύσοσμου υγρού και αναγνωρίζουν το δρόμο για το σπίτι (Εικόνα 4)

Χάρη στη διάχυση, τα έντομα βρίσκουν την τροφή τους. Οι πεταλούδες, που κυματίζουν ανάμεσα στα φυτά, βρίσκουν πάντα το δρόμο τους προς ένα όμορφο λουλούδι. Οι μέλισσες, έχοντας βρει ένα γλυκό αντικείμενο, το καταιγίζουν με το σμήνος τους. Και το φυτό μεγαλώνει, ανθίζει και για αυτούς, χάρη στη διάχυση. Άλλωστε λέμε ότι ένα φυτό αναπνέει και εκπνέει αέρα, πίνει νερό και δέχεται διάφορα μικροπρόσθετα από το έδαφος.

Τα σαρκοφάγα βρίσκουν επίσης τη λεία τους με διάχυση. Οι καρχαρίες μυρίζουν αίμα σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων, όπως και τα ψάρια πιράνχα (Εικόνα 5).

Οι διαδικασίες διάχυσης παίζουν σημαντικό ρόλο στην παροχή οξυγόνου σε φυσικές δεξαμενές και ενυδρεία. Το οξυγόνο εισέρχεται στα βαθύτερα στρώματα του νερού στα στάσιμα νερά λόγω της διάχυσης μέσω της ελεύθερης επιφάνειάς τους. Έτσι, για παράδειγμα, φύλλα ή πάπια που καλύπτουν την επιφάνεια του νερού μπορούν να σταματήσουν εντελώς την πρόσβαση του οξυγόνου στο νερό και να οδηγήσουν στο θάνατο των κατοίκων του. Για τον ίδιο λόγο, τα αγγεία με στενό λαιμό είναι ακατάλληλα για χρήση ως ενυδρείο (Εικόνα 6).

Έχει ήδη σημειωθεί ότι υπάρχουν πολλά κοινά στην έννοια του φαινομένου της διάχυσης για τη ζωτική δραστηριότητα των φυτών και των ζώων. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να σημειωθεί ο ρόλος της ανταλλαγής διάχυσης μέσω της επιφάνειας των φυτών στην εκτέλεση της αναπνευστικής λειτουργίας. Για τα δέντρα, για παράδειγμα, παρατηρείται μια ιδιαίτερα μεγάλη ανάπτυξη της επιφάνειας (στέμμα φύλλου), αφού η ανταλλαγή διάχυσης μέσω της επιφάνειας των φύλλων εκτελεί τη λειτουργία της αναπνοής. Κ.Α. Ο Timiryazev είπε: «Είτε μιλάμε για τη διατροφή της ρίζας λόγω ουσιών στο έδαφος, είτε μιλάμε για τη διατροφή των φύλλων με αέρα λόγω της ατμόσφαιρας είτε για τη διατροφή ενός οργάνου λόγω ενός άλλου, γειτονικού, παντού θα καταφεύγουν στους ίδιους λόγους εξήγησης. : διάχυση» (Εικ. 7).

Λόγω της διάχυσης, το οξυγόνο από τους πνεύμονες διεισδύει στο ανθρώπινο αίμα και από το αίμα στους ιστούς.

ΣΤΟ επιστημονική βιβλιογραφίαΜελέτησα τη διαδικασία της μονόδρομης διάχυσης - όσμωσης, δηλ. διάχυση ουσιών μέσω ημιπερατών μεμβρανών. Η διαδικασία της όσμωσης διαφέρει από την ελεύθερη διάχυση στο ότι στο όριο δύο υγρών που έρχονται σε επαφή υπάρχει ένα εμπόδιο με τη μορφή διαχωρισμού (μεμβράνης), το οποίο είναι διαπερατό μόνο από τον διαλύτη και καθόλου διαπερατό από τα μόρια της διαλυμένης ουσίας. Εικ. 8).

Τα εδαφικά διαλύματα περιέχουν μεταλλικά άλατα και ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ. Το νερό από το έδαφος εισέρχεται στο φυτό με όσμωση μέσω των ημιπερατών μεμβρανών των τριχών της ρίζας. Η συγκέντρωση του νερού στο έδαφος είναι υψηλότερη από ό,τι μέσα στις τρίχες της ρίζας, έτσι το νερό διεισδύει στους κόκκους και δίνει ζωή στο φυτό.

1.3. Ο ρόλος της διάχυσης στην καθημερινή ζωή και την τεχνολογία

Η διάχυση χρησιμοποιείται σε πολλά τεχνολογικές διαδικασίες: αλάτισμα, λήψη ζάχαρης (τα ροκανίδια από ζαχαρότευτλα πλένονται με νερό, μόρια ζάχαρης διαχέονται από τα ροκανίδια στο διάλυμα), μαγείρεμα μαρμελάδας, βαφή υφασμάτων, πλύσιμο πραγμάτων, ενανθράκωση, συγκόλληση και συγκόλληση μετάλλων, συμπεριλαμβανομένης της συγκόλλησης διάχυσης σε κενό (μέταλλα είναι συγκολλημένα που είναι άλλα είναι αδύνατη η σύνδεση με μεθόδους - χάλυβας με χυτοσίδηρο, ασήμι με ανοξείδωτο χάλυβα κ.λπ.) και διάχυση επιμετάλλωσης προϊόντων (επιφανειακός κορεσμός προϊόντων χάλυβα με αλουμίνιο, χρώμιο, πυρίτιο), ενάζωτη - κορεσμός του χαλύβδινη επιφάνεια με άζωτο (ο χάλυβας γίνεται σκληρός, ανθεκτικός στη φθορά), ενανθράκωση - κορεσμός προϊόντων χάλυβα με άνθρακα, κυανίωση - κορεσμός της επιφάνειας του χάλυβα με άνθρακα και άζωτο.

Η εξάπλωση των οσμών στον αέρα είναι το πιο συνηθισμένο παράδειγμα διάχυσης στα αέρια. Γιατί η μυρωδιά εξαπλώνεται όχι αμέσως, αλλά μετά από κάποιο χρονικό διάστημα; Το γεγονός είναι ότι ενώ κινούνται προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, τα μόρια μιας δύσοσμου ουσίας συγκρούονται με μόρια αέρα. Η τροχιά κάθε σωματιδίου αερίου είναι μια διακεκομμένη γραμμή, γιατί Όταν τα σωματίδια συγκρούονται, αλλάζουν κατεύθυνση και ταχύτητα κίνησης.

2. Πρακτικό μέρος

Πόσα απίθανα και ενδιαφέροντα πράγματα συμβαίνουν γύρω μας! Θέλω να μάθω πολλά, να προσπαθήσω να εξηγήσω μόνη μου. Γι' αυτό αποφάσισα να πραγματοποιήσω μια σειρά πειραμάτων, κατά τη διάρκεια των οποίων προσπάθησα να μάθω αν η θεωρία της διάχυσης ισχύει πραγματικά, αν βρίσκει την επιβεβαίωσή της στην πράξη. Οποιαδήποτε θεωρία μπορεί να θεωρηθεί αξιόπιστη μόνο εάν επιβεβαιωθεί επανειλημμένα πειραματικά.

Εμπειρία Νο 1 Παρατήρηση του φαινομένου της διάχυσης σε υγρά

Στόχος: μελέτη διάχυσης σε υγρό. Παρατηρήστε τη διάλυση τεμαχίων υπερμαγγανικού καλίου σε νερό, σε σταθερή θερμοκρασία (στους t = 20 ° C)

Συσκευές και υλικά: ποτήρι νερό, θερμόμετρο, υπερμαγγανικό κάλιο.

Πήρα ένα κομμάτι υπερμαγγανικού καλίου και δύο ποτήρια καθαρό νερό σε θερμοκρασία 20 ° C. Έβαλα κομμάτια υπερμαγγανικού καλίου σε ποτήρια και άρχισα να παρατηρώ τι γινόταν. Μετά από 1 λεπτό, το νερό στα ποτήρια αρχίζει να λερώνει.

Το νερό είναι καλός διαλύτης. Κάτω από τη δράση των μορίων του νερού, οι δεσμοί μεταξύ των μορίων καταστρέφονται στερεάυπερμαγγανικό κάλιο.

Στο πρώτο ποτήρι δεν ανακάτεψα το διάλυμα, αλλά στο δεύτερο το ανακάτεψα. Ανακατεύοντας το νερό (ανακινώντας), βεβαιώθηκα ότι η διαδικασία διάχυσης είναι πολύ πιο γρήγορη (2 λεπτά)

Το χρώμα του νερού στο πρώτο ποτήρι γίνεται πιο έντονο όσο περνάει η ώρα. Τα μόρια του νερού διεισδύουν ανάμεσα στα μόρια του υπερμαγγανικού καλίου, σπάζοντας τις δυνάμεις έλξης. Ταυτόχρονα με τις δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων, αρχίζουν να δρουν απωθητικές δυνάμεις και, ως αποτέλεσμα, το κρυσταλλικό πλέγμα του στερεού καταστρέφεται. Η διαδικασία διάλυσης του υπερμαγγανικού καλίου έχει τελειώσει. Η διάρκεια του πειράματος είναι 3 ώρες 15 λεπτά. Το νερό έγινε τελείως κατακόκκινο (Εικόνα 9-12).

Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το φαινόμενο της διάχυσης σε ένα υγρό είναι μια μακρά διαδικασία, η οποία έχει ως αποτέλεσμα τη διάλυση των στερεών.

Ήθελα να μάθω τι άλλο καθορίζει τον ρυθμό διάχυσης.

Πείραμα Νο. 2 Μελέτη της εξάρτησης του ρυθμού διάχυσης από τη θερμοκρασία

Στόχος:μελετήστε πώς η θερμοκρασία του νερού επηρεάζει τον ρυθμό διάχυσης.

Συσκευές και υλικά:θερμόμετρα - 1 τεμ, χρονόμετρο - 1 τεμ, ποτήρια - 4 τεμ, τσάι, υπερμαγγανικό κάλιο.

(Εμπειρία παρασκευής τσαγιού σε αρχική θερμοκρασία 20°C και σε θερμοκρασία 100°C σε δύο ποτήρια).

Πήραμε δύο ποτήρια νερό στους t=20°C και t=100°C. Τα σχήματα δείχνουν την πορεία του πειράματος μετά από ορισμένο χρόνο από την αρχή: στην αρχή του πειράματος - Εικ. 1, μετά από 30 δευτερόλεπτα. - Εικ. 2, μετά από 1 λεπτό. - Εικ. 3, μετά από 2 λεπτά. - Εικ. 4, μετά από 5 λεπτά. - Εικόνα 5, μετά από 15 λεπτά. - εικ.6. Από αυτή την εμπειρία, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο ρυθμός διάχυσης επηρεάζεται από τη θερμοκρασία: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός διάχυσης (Εικ. 13-17).

Τα ίδια αποτελέσματα πήρα όταν πήρα 2 ποτήρια νερό αντί για τσάι. Στο ένα από αυτά υπήρχε νερό σε θερμοκρασία δωματίου, στο δεύτερο βραστό νερό.

Έριξα την ίδια ποσότητα υπερμαγγανικού καλίου σε κάθε ποτήρι. Στο ποτήρι όπου η θερμοκρασία του νερού ήταν υψηλότερη, η διαδικασία διάχυσης προχωρούσε πολύ πιο γρήγορα (Εικ. 18-23.)

Επομένως, ο ρυθμός διάχυσης εξαρτάται από τη θερμοκρασία - όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο πιο έντονη είναι η διάχυση.

Πείραμα Νο. 3 Παρατήρηση της διάχυσης με χρήση χημικών αντιδραστηρίων

Στόχος:Παρατήρηση του φαινομένου της διάχυσης σε απόσταση.

Εξοπλισμός:βαμβάκι, αμμωνία, φαινολοφθαλεΐνη, δοκιμαστικός σωλήνας.

Περιγραφή εμπειρίας:Ρίξτε αμμωνία σε δοκιμαστικό σωλήνα. Βρέξτε ένα κομμάτι βαμβάκι με φαινολοφθαλεΐνη και τοποθετήστε το από πάνω σε δοκιμαστικό σωλήνα. Μετά από αρκετή ώρα παρατηρούμε τη χρώση του φλις (Εικ. 24-26).

Η αμμωνία εξατμίζεται. μόρια αμμωνίας διείσδυσαν στο βαμβάκι που είχε υγρανθεί με φαινολοφθαλεΐνη και λερώθηκε, αν και το βαμβάκι δεν ήρθε σε επαφή με οινόπνευμα. Τα μόρια του αλκοόλ αναμίχθηκαν με μόρια του αέρα και έφτασαν στο φλις. Αυτό το πείραμα καταδεικνύει το φαινόμενο της διάχυσης σε απόσταση.

Εμπειρία νούμερο 4. Παρατήρηση του φαινομένου της διάχυσης στα αέρια

Στόχος:μελέτη των αλλαγών στη διάχυση του αερίου στον αέρα ανάλογα με τις αλλαγές της θερμοκρασίας στο δωμάτιο.

Συσκευές και υλικά: χρονόμετρο, άρωμα, θερμόμετρο

Περιγραφή εμπειρίας και αποτελεσμάτων:Έχω μελετήσει τον χρόνο που απλώνεται η μυρωδιά του αρώματος στο γραφείο V=120m 3 στη θερμοκρασία t = +20 0 . Ο χρόνος καταγράφηκε από την αρχή της εξάπλωσης της οσμής στο δωμάτιο, έως ότου επιτεύχθηκε σαφής ευαισθησία σε άτομα που στέκονταν σε απόσταση 10 m από το υπό μελέτη αντικείμενο (άρωμα). (εικ. 27-29)

Εμπειρία Νο. 5 Διάλυση κομματιών γκουάς σε νερό, σε σταθερή θερμοκρασία

Στόχος:

Συσκευές και υλικά:τρία ποτήρια, νερό, γκουάς σε τρία χρώματα.

Περιγραφή της εμπειρίας και των αποτελεσμάτων που προέκυψαν:

Πήραν τρία ποτήρια, πήραν νερό t = 25 0 C, πέταξαν πανομοιότυπα κομμάτια γκουάς σε ποτήρια.

Αρχίσαμε να παρατηρούμε τη διάλυση της γκουάς.

Φωτογραφίες που τραβήχτηκαν μετά από 1 λεπτό, 5 λεπτά, 10 λεπτά, 20 λεπτά, η διάλυση έληξε μετά από 4 ώρες και 19 λεπτά (Εικόνα 30-34)

Εμπειρία Νο 6 Παρατήρηση του φαινομένου της διάχυσης στα στερεά

Στόχος:παρατήρηση της διάχυσης στα στερεά.

Συσκευές και υλικά:μήλο, πατάτα, καρότο, διάλυμα «brilliant green», πιπέτα.

Περιγραφή της εμπειρίας και των αποτελεσμάτων που προέκυψαν:

Κόβουμε το μήλο, το καρότο, την πατάτα «στάγδην πράσινα» σε ένα από τα μισά.

Παρακολουθώντας τον λεκέ να απλώνεται στην επιφάνεια

Κόβουμε στο σημείο επαφής με το λαμπερό πράσινο για να δούμε πόσο βαθιά εισχώρησε μέσα (Εικ. 35-37)

Πώς να διεξάγετε ένα πείραμα για να επιβεβαιώσετε την υπόθεση σχετικά με τη δυνατότητα διάχυσης στα στερεά; Είναι δυνατή η ανάμειξη ουσιών σε τέτοια κατάσταση συνάθροισης? Πιθανότατα η απάντηση είναι «Ναι». Αλλά είναι βολικό να παρατηρήσουμε τη διάχυση σε στερεά (πολύ παχύρρευστα) χρησιμοποιώντας παχύρρευστα πηκτώματα. Αυτό είναι ένα πυκνό διάλυμα ζελατίνης. Μπορεί να παρασκευαστεί ως εξής: διαλύστε 4-5 g ξηρής βρώσιμης ζελατίνης σε κρύο νερό. Η ζελατίνη πρέπει πρώτα να διογκωθεί για αρκετές ώρες και στη συνέχεια διαλύεται πλήρως με ανάδευση σε 100 ml νερού, χαμηλώνοντας σε ένα δοχείο με ζεστό νερό. Μετά την ψύξη, λαμβάνεται ένα διάλυμα ζελατίνης 4-5%.

Εμπειρία Νο. 7 Παρατήρηση διάχυσης με χρήση παχύρρευστων πηκτωμάτων

Στόχος:Παρατήρηση του φαινομένου της διάχυσης σε στερεά (με χρήση παχύρρευστου διαλύματος ζελατίνης).

Εξοπλισμός:Διάλυμα ζελατίνης 4%, δοκιμαστικός σωλήνας, μικρός κρύσταλλος υπερμαγγανικού καλίου, τσιμπιδάκια.

Περιγραφή και αποτέλεσμα του πειράματος:Τοποθετήστε το διάλυμα ζελατίνης σε δοκιμαστικό σωλήνα, στο κέντρο του δοκιμαστικού σωλήνα γρήγορα, με μία κίνηση, εισάγετε έναν κρύσταλλο υπερμαγγανικού καλίου με τσιμπιδάκια.

Κρύσταλλος υπερμαγγανικού καλίου στην αρχή του πειράματος

Η θέση του κρυστάλλου σε ένα φιαλίδιο με διάλυμα ζελατίνης μετά από 1,5 ώρα

Μέσα σε λίγα λεπτά, μια μωβ μπάλα θα αρχίσει να μεγαλώνει γύρω από τον κρύσταλλο, με την πάροδο του χρόνου να γίνεται όλο και μεγαλύτερη. Αυτό σημαίνει ότι η ουσία του κρυστάλλου απλώνεται προς όλες τις κατευθύνσεις με την ίδια ταχύτητα (Εικ. 38-39)

Η διάχυση συμβαίνει στα στερεά, αλλά πολύ πιο αργά από ότι στα υγρά και τα αέρια.

Εμπειρία Νο 8 Διαφορά θερμοκρασίας σε υγρή - θερμική διάχυση

Στόχος:Παρατήρηση του φαινομένου της θερμικής διάχυσης.

Εξοπλισμός: 4 πανομοιότυπα γυάλινα βάζα, 2 χρώματα μπογιάς, ζεστό και κρύο νερό, 2 πλαστικές κάρτες.

Περιγραφή και αποτέλεσμα του πειράματος:

1. Προσθέστε λίγο κόκκινο χρώμα στα δοχεία 1 και 2, μπλε χρώμα στα δοχεία 3 και 4.

2. Ρίξτε ζεστό νερό στα δοχεία 1 και 2.

3. Ρίξτε κρύο νερό στα δοχεία 3 και 4.

4. Το σκάφος 1 καλύπτεται με πλαστική κάρτα, αναποδογυρίζεται και τοποθετείται στο δοχείο 4.

5. Το σκάφος 3 καλύπτεται με πλαστική κάρτα, αναποδογυρίζεται και τοποθετείται στο δοχείο 2.

6. Αφαιρέστε και τις δύο κάρτες.

Αυτό το πείραμα καταδεικνύει την επίδραση της θερμικής διάχυσης. Στην πρώτη περίπτωση, το ζεστό νερό βρίσκεται πάνω από το κρύο νερό και η διάχυση δεν συμβαίνει μέχρι να εξισωθούν οι θερμοκρασίες. Και στη δεύτερη περίπτωση, αντίθετα, είναι ζεστό στο κάτω μέρος και κρύο στο πάνω μέρος. Και στη δεύτερη περίπτωση, τα μόρια του ζεστού νερού αρχίζουν να κινούνται προς τα πάνω, και τα μόρια του κρύου νερού - προς τα κάτω (Εικ. 41-44).

συμπέρασμα

Κατά τη διάρκεια αυτού ερευνητικό έργοΜπορούμε να συμπεράνουμε ότι η διάχυση παίζει τεράστιο ρόλο στη ζωή των ανθρώπων και των ζώων.

Κατά τη διάρκεια αυτής της ερευνητικής εργασίας, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η διάρκεια της διάχυσης εξαρτάται από τη θερμοκρασία: όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο ταχύτερη είναι η διάχυση.

Μελέτησα το φαινόμενο της διάχυσης στο παράδειγμα διαφόρων ουσιών.

Ο ρυθμός ροής εξαρτάται από τον τύπο της ουσίας: στα αέρια ρέει πιο γρήγορα από ότι στα υγρά. στα στερεά, η διάχυση προχωρά πολύ πιο αργά. Αυτή η δήλωση μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: τα μόρια του αερίου είναι ελεύθερα, βρίσκονται σε πολύ αποστάσεις περισσότερα μεγέθητα μόρια κινούνται με υψηλές ταχύτητες. Τα μόρια των υγρών είναι διατεταγμένα τόσο τυχαία όσο στα αέρια, αλλά πολύ πιο πυκνά. Κάθε μόριο, που περιβάλλεται από γειτονικά μόρια, κινείται αργά μέσα στο υγρό. Τα μόρια των στερεών ταλαντώνονται γύρω από τη θέση ισορροπίας.

Υπάρχει θερμική διάχυση.

Βιβλιογραφία

Gendenstein, L.E. Η φυσικη. 7η τάξη. Μέρος 1 / Λ.Ε. Gendenshtein, A.B., Kaydalov. - M: Mnemosyne, 2009.-255 σελ.;

Kirillova, I.G. Βιβλίο ανάγνωσης φυσικής για μαθητές της 7ης τάξης Λύκειο/ Ι.Γ. Kirillova.- M., 1986.-207 p.;

Olgin, O. Experiments without explosions / O. Olgin.- M.: Khimik, 1986.-192 p.;

Peryshkin, A.V. Βιβλίο φυσικής 7η τάξη / A.V. Peryshkin.- M., 2010.-189 p.;

Razumovsky, V.G. Δημιουργικές εργασίες στη φυσική / V.G. Razumovsky.- M., 1966.-159 p.;

Ryzhenkov, A.P. Η φυσικη. Ο άνθρωπος. περιβάλλον: Εφαρμογή στο σχολικό εγχειρίδιο φυσικής για την 7η τάξη των εκπαιδευτικών ιδρυμάτων / Α.Π. Ryzhenkov.- M., 1996.- 120 p.;

Chuyanov, V.A. Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό ενός Νεαρού Φυσικού / V.A. Chuyanov.- M., 1984.- 352 p.;

Shablovsky, W. Διασκεδαστική φυσική/ V. Shablovsky. S.-P., Trigon, 1997.-416 p.

Εφαρμογή

εικόνα 1

Σχήμα 2

σχήμα 3

σχήμα 4

σχήμα 5

σχήμα 6

σχήμα 7

Τα σωματίδια διαλύτη (μπλε) μπορούν να διασχίσουν τη μεμβράνη,

σωματίδια διαλυμένης ουσίας (κόκκινο) δεν είναι.

εικόνα 8

σχήμα 9

σχήμα 10

εικόνα 11

εικόνα 12

εικόνα 13

εικόνα 14

σχήμα 15

εικόνα 16

εικόνα 17

εικόνα 18

εικόνα 19

σχήμα 20

εικόνα 21

εικόνα 22

εικόνα 23

εικόνα 24

εικόνα 25

εικόνα 26

εικόνα 27

εικόνα 28

εικόνα 29

σχήμα 30

εικόνα 31

εικόνα 32

εικόνα 33

εικόνα 34

εικόνα 35

εικόνα 36