Difuzijos greitis

Difuzija yra vienas iš paprasčiausių reiškinių, kurie tiriami fizikos kursuose. Šį procesą galima įsivaizduoti kasdieniame lygmenyje.

Difuzija yra fizinis procesas, kai vienos medžiagos atomai ir molekulės prasiskverbia tarp tų pačių kitos medžiagos struktūrinių elementų. Šio proceso rezultatas yra prasiskverbiančių junginių koncentracijos lygio išlyginimas. Difuziją arba maišymąsi galima pastebėti kiekvieną rytą savo virtuvėje gaminant arbatą, kavą ar kitus gėrimus, kuriuose yra keletas pagrindinių komponentų.

Panašų procesą XIX amžiaus viduryje pirmą kartą moksliškai aprašė Adolfas Fickas. Jis suteikė jai originalų pavadinimą, kuris iš lotynų kalbos verčiamas kaip sąveika arba plitimas.

Sklaidos greitis priklauso nuo kelių veiksnių:

• kūno temperatūra;
• suminė tiriamos medžiagos būsena.

Įvairiose dujose, kur yra labai dideli atstumai tarp molekulių, difuzijos greitis bus didžiausias. Skysčiuose, kur atstumas tarp molekulių yra pastebimai mažesnis, greitis taip pat sumažina jo veikimą. Mažiausias difuzijos greitis stebimas kietose medžiagose, nes molekuliniuose ryšiuose laikomasi griežtos tvarkos. Patys atomai ir molekulės atlieka nedidelius vibracinius judesius vienoje vietoje. Difuzijos greitis didėja didėjant aplinkos temperatūrai.

Ficko dėsnis

1 pastaba

Sklaidos greitis paprastai matuojamas medžiagos kiekiu, kuris perduodamas per laiko vienetą. Visos sąveikos turi vykti per tirpalo skerspjūvio plotą.

Pagrindinė difuzijos greičio formulė yra:

$ \ frac (dm) (dt) = - DC \ frac (dC) (dx) $, kur:

• $ D $ yra formato santykis,
• $ S $ yra paviršiaus plotas, o ženklas „-“ reiškia, kad difuzija pereina iš didesnės koncentracijos srities į mažesnę.

Šią formulę Fickas pateikė matematinio aprašymo forma.

Anot jos, difuzijos greitis yra tiesiogiai proporcingas koncentracijos gradientui ir plotui, per kurį vyksta difuzijos procesas. Proporcingumo koeficientas lemia medžiagos sklaidą.

Garsus fizikas Albertas Einšteinas išvedė difuzijos koeficiento lygtis:

$ D = RT / NA \ cdot 1/6 \ pi \ etaŋr $, kur:

• $ R $ yra universali dujų konstanta,
• $ T $ - absoliuti temperatūra,
• $ r $ yra išsklaidytų dalelių spindulys,
• $ D $ - difuzijos koeficientas,
• $ ŋ $ yra terpės klampumas.

Iš šių lygčių matyti, kad difuzijos greitis padidės:

• kai pakyla temperatūra;
• didėjant koncentracijos gradientui.

Sumažėja difuzijos greitis:

• padidėjus tirpiklio klampumui;
• padidėjus difuzuojančių dalelių dydžiui.

Jei molinė masė didėja, difuzijos koeficientas mažėja. Tokiu atveju difuzijos greitis taip pat mažėja.

Greitėjanti difuzija

Yra įvairių sąlygų, kurios prisideda prie difuzijos pagreitėjimo. Sklaidos greitis priklauso nuo tiriamos medžiagos agregacijos būsenos. Didelis medžiagos tankis sulėtina cheminę reakciją. Temperatūros režimas turi įtakos molekulių sąveikos greičiui. Kiekybinė difuzijos greičio charakteristika yra koeficientas. SI matavimų sistemoje jis žymimas lotyniška didžiąja raide D. Matuojama kvadratiniais centimetrais arba metrais per sekundę.

1 apibrėžimas

Difuzijos koeficientas yra lygus medžiagos kiekiui, kuris pasiskirsto tarp kitos medžiagos tam tikrame paviršiaus vienete. Sąveika turėtų būti vykdoma per laiko vienetą. Norint efektyviai išspręsti problemą, būtina pasiekti sąlygą, kai tankio skirtumas abiejuose paviršiuose yra lygus vienetui.

Taip pat difuzijos greitį kietose medžiagose, skysčiuose dujose įtakoja slėgis ir spinduliuotė. Spinduliuotė gali būti įvairių tipų, įskaitant indukciją ir aukšto dažnio. Difuzija prasideda nuo konkrečios katalizatoriaus medžiagos veikimo. Jie dažnai veikia kaip stabilaus dalelių sklaidos proceso paleidiklis.

Koeficiento priklausomybei nuo temperatūros apibūdinti naudojama Arenijaus lygtis. Tai atrodo taip:

$ D = D0exp (-E / TR) $, kur:

• $ T $ - absoliuti temperatūra, matuojama kelvinais,
• $ E $ yra mažiausia energija, reikalinga difuzijai.

Formulė leidžia daugiau suprasti viso difuzijos proceso ypatybes ir nustato reakcijos greitį.

Specialūs difuzijos metodai

Šiandien praktiškai neįmanoma taikyti įprastinių baltymų molekulinės masės nustatymo metodų. Paprastai jie yra pagrįsti matavimais:

• garų slėgis;
• virimo temperatūros padidėjimas;
• tirpalų užšalimo temperatūros mažinimas.

Siekiant efektyviai išspręsti problemą, naudojami specialūs metodai, sukurti didelės molekulinės struktūros medžiagoms tirti. Jie apima tirpalų difuzijos greičio arba klampumo nustatymą.

Porų orientacijos ir formos nustatymo difuzijos greičiu metodas pagrįstas dializės dažnių tyrimu. Šiuo metu membranoje turėtų vykti laisva difuzija.

Natrio difuzijos greičiui nustatyti taip pat gali būti naudojami įvairūs radioizotopai. Šis specialus metodas naudojamas sprendžiant pavestas užduotis mineralogijos ir geologijos srityje.

Aktyviai naudojamas difuzijos metodas, pagrįstas makromolekulių difuzijos tirpale nustatymu. Jis buvo skirtas polimerinėms medžiagoms. Pagal metodą nustatomas difuzijos koeficientas, o vėliau pagal šiuos duomenis nustatoma vidutinė molekulinė masė.

Šiuo metu nėra tiesioginių metodų, kaip nustatyti vandenilio difuzijos greitį katalizatoriuje. Tam naudojamas vadinamasis antrasis aktyvinimo kelias.

Norint nustatyti greitį, įprasta naudoti specialius prietaisus. Išvaizda jie skiriasi nuo nustatytų praktinių ir mokslinių užduočių.

Dalyko "Elektroninė mikroskopija. Membranos" turinys:

Veiksniai, turintys įtakos difuzijos greitis, sujungti į Ficko dėsnis... Jame teigiama, kad difuzijos greitis yra proporcingas šiai išraiškai:

Taigi, kokios molekulės gali praeiti per membranas difuzijos sąskaita? Dujos, tokios kaip deguonis ir anglies dioksidas, greitai pasklinda per membranas. Vandens molekulės, nors ir labai poliarizuotos, yra pakankamai mažos, kad be trukdžių galėtų slysti tarp hidrofobinių fosfolipidų molekulių.

Tuo pačiu metu jonai ir didesni poliniai molekulės su hidrofobinėmis sritimis membranos atstumiamos, todėl per membraną itin lėtai. Jiems patekti į ląstelę reikalingi kiti mechanizmai.

Kai kurie jonai ir polinės molekulės patenka į ląstelę naudodami specialūs transportiniai baltymai... Tai yra kanalo baltymai ir nešikliai. Šių baltymų vandens užpildyti hidrofiliniai kanalai arba poros turi griežtai apibrėžtą formą, atitinkančią vieną ar kitą joną ar molekulę. Kartais kanalas praeina ne vienos baltymo molekulės viduje, o tarp kelių gretimų molekulių.

Difuzija per kanalus eina į abi puses. Ši difuzija – transportinių baltymų pagalba – vadinama palengvinta difuzija... Transporto baltymai, per kuriuos praeina jonai, vadinami jonų kanalais. Paprastai jonų kanaluose yra „vartai“, tai yra, jie gali atsidaryti ir užsidaryti. Jonų kanalai, kurie gali atsidaryti ir užsidaryti, atlieka svarbų vaidmenį laiduojant nervinius impulsus.

Kanalo baltymai forma fiksuota. Įrodyta, kad liga, vadinama cistine fibroze, atsirado dėl baltymo, kuris yra chlorido jonų kanalas, defekto. Priešingai, nešiklio baltymuose forma greitai keičiasi iki 100 ciklų per sekundę. Jie egzistuoja dviejose būsenose, o jų veikimo mechanizmas primena stalo teniso žaidimą.

Paveikslėlyje parodyta, kaip veikia šis mechanizmas. Įrišimas baltymų pernešėjų vietos vienoje būsenoje („ping“) jie nukreipti į išorę, o kitoje („pong“) į ląstelę. Kuo didesnė ištirpusių molekulių ar jonų koncentracija, tuo didesnė tikimybė, kad jos bus surištos. Jei tirpios medžiagos koncentracija išorėje yra didesnė nei ląstelėje, kaip pavyzdyje su gliukoze paveikslėlyje, tada tikrasis šios medžiagos srautas bus nukreiptas į vidų ir ji pateks į ląstelę.

Taip gliukozė patenka į raudonuosius kraujo kūnelius. Tokio tipo judėjimas turi viską būdingi difuzijos požymiai, nors tai palengvina baltymų dalyvavimas. Kitas palengvintos difuzijos pavyzdys yra chlorido ir bikarbonato jonų judėjimas tarp eritrocitų ir kraujo plazmos vadinamojo chlorido poslinkio metu. Tai vienas iš mechanizmų, užtikrinančių dalinį ir selektyvų membranos pralaidumą.

Difuzija (lot. diffusio – plitimas, plitimas, sklaidymas, sąveika) – vienos medžiagos molekulių abipusio prasiskverbimo tarp kitos molekulių procesas, dėl kurio spontaniškai išlyginama jų koncentracija visame užimamame tūryje. Kai kuriose situacijose viena iš medžiagų jau turi išlygintą koncentraciją ir kalba apie vienos medžiagos difuziją kitoje. Šiuo atveju medžiaga perkeliama iš didelės koncentracijos srities į mažos koncentracijos sritį (prieš koncentracijos gradientą).

Difuzijos pavyzdys – dujų maišymasis (pavyzdžiui, kvapų pasklidimas) arba skysčių (jei į vandenį pilamas rašalas, po kurio laiko skystis įgaus vienodos spalvos). Kitas pavyzdys yra susijęs su kieta medžiaga: besiliečiančių metalų atomai, dalelių difuzija vaidina plazmos fizikoje.

Dažniausiai difuzija suprantama kaip procesai, lydimi medžiagos pernešimo, tačiau kartais difuzija vadinami ir kiti perdavimo procesai: šilumos laidumas, klampi trintis ir kt.

Ryžiai.

Sklaidos greitis priklauso nuo daugelio veiksnių. Taigi, metalinio strypo atveju šiluminė difuzija vyksta labai greitai. Jei strypas pagamintas iš sintetinės medžiagos, šiluminė difuzija yra lėta. Molekulių difuzija bendruoju atveju vyksta dar lėčiau. Pavyzdžiui, jei cukraus kubelis nuleistas ant stiklinės vandens dugno ir vanduo nemaišomas, praeis kelios savaitės, kol tirpalas taps vienalytis. Vienos kietosios medžiagos difuzija į kitą vyksta dar lėčiau. Pavyzdžiui, jei varis yra padengtas auksu, tada aukso difuzija į varį įvyks, tačiau normaliomis sąlygomis (kambario temperatūra ir atmosferos slėgis) aukso sluoksnis kelių mikronų storį pasieks tik po kelių tūkstančių metų.

Fizinė difuzijos reiškinio prasmė

Visos difuzijos rūšys paklūsta tiems patiems dėsniams. Sklaidos greitis yra proporcingas mėginio skerspjūvio plotui, taip pat koncentracijų, temperatūrų ar krūvių skirtumams (jei šių parametrų reikšmės yra santykinai mažos). Taigi per dviejų centimetrų skersmens strypą šiluma pasklis keturis kartus greičiau nei per vieno centimetro skersmens strypą. Ši šiluma pasklis greičiau, jei temperatūrų skirtumas vienam centimetrui bus 10 °C, o ne 5 °C. Difuzijos greitis taip pat yra proporcingas parametrui, apibūdinančiam tam tikrą medžiagą. Šiluminės difuzijos atveju šis parametras vadinamas šilumos laidumu, esant elektros krūviams - elektros laidumu. Medžiagos kiekis, kuris pasklinda per tam tikrą laiką, ir difunduojančios medžiagos nuvažiuotas atstumas yra proporcingi difuzijos laiko kvadratinei šakniai.

Difuzija yra molekulinio lygmens procesas, kurį lemia atsitiktinis atskirų molekulių judėjimo pobūdis. Todėl difuzijos greitis yra proporcingas vidutiniam molekuliniam greičiui. Dujų atveju mažų molekulių vidutinis greitis yra didesnis, būtent jis yra atvirkščiai proporcingas molekulinės masės kvadratinei šaknis ir didėja didėjant temperatūrai. Difuzijos procesai kietose medžiagose aukštoje temperatūroje dažnai naudojami praktikoje. Pavyzdžiui, tam tikrų tipų katodinių spindulių vamzdeliuose (CRT) naudojamas metalinis toris, išsklaidytas per metalinį volframą 2000 °C temperatūroje.

Jei dujų mišinyje vienos molekulės masė keturis kartus didesnė už kitos, tai tokia molekulė juda dvigubai lėčiau, palyginti su judėjimu grynose dujose. Atitinkamai, jo difuzijos greitis taip pat yra mažesnis. Šis lengvųjų ir sunkiųjų molekulių difuzijos greičių skirtumas naudojamas skirtingos molekulinės masės medžiagoms atskirti. Izotopų atskyrimas yra pavyzdys. Jei per porėtą membraną praleidžiamos du izotopai, lengvesni izotopai prasiskverbia pro membraną greičiau nei sunkesni. Norint geriau atskirti, procesas atliekamas keliais etapais. Šis procesas buvo plačiai naudojamas urano izotopų atskyrimui (235U atskyrimas nuo pagrindinės 238U masės). Kadangi šis atskyrimo būdas yra daug energijos suvartojantis, buvo sukurti kiti, ekonomiškesni atskyrimo būdai. Pavyzdžiui, šiluminės difuzijos panaudojimas dujinėje terpėje yra plačiai išvystytas. Dujos, kuriose yra izotopų mišinys, dedamos į kamerą, kurioje palaikomas erdvinis temperatūros skirtumas (gradientas). Šiuo atveju sunkieji izotopai galiausiai susitelkia šaltame regione.

Ficko lygtis.

Termodinamikos požiūriu bet kokio niveliavimo proceso pagrindinis potencialas yra entropijos augimas. Esant pastoviam slėgiui ir temperatūrai, tokio potencialo vaidmenį atlieka cheminis potencialas µ, kuris lemia medžiagų srautų palaikymą. Medžiagos dalelių srautas yra proporcingas potencialiam gradientui:

Daugeliu atvejų vietoj cheminio potencialo naudojama koncentracija C. Tiesioginis µ pakeitimas C tampa neteisingas esant didelėms koncentracijoms, nes cheminis potencialas yra susijęs su koncentracija pagal logaritminį dėsnį. Jei nesvarstote tokių atvejų, aukščiau pateiktą formulę galima pakeisti tokia:

kuris rodo, kad medžiagos srauto tankis J yra proporcingas difuzijos koeficientui D [()] ir koncentracijos gradientui. Ši lygtis išreiškia pirmąjį Ficko dėsnį (Adolfas Fikas yra vokiečių fiziologas, 1855 m. nustatęs difuzijos dėsnius). Antrasis Ficko dėsnis susieja erdvės ir laiko koncentracijos pokyčius (difuzijos lygtis):

Difuzijos koeficientas D priklauso nuo temperatūros. Kai kuriais atvejais plačiame temperatūrų diapazone ši priklausomybė yra Arrhenius lygtis.

Papildomas laukas, taikomas lygiagrečiai cheminio potencialo gradientui, pažeidžia pastovią būseną. Šiuo atveju difuzijos procesai aprašomi netiesine Fokker-Planck lygtimi. Didelę reikšmę gamtoje turi difuzijos procesai:

Gyvūnų ir augalų mityba, kvėpavimas;

Deguonies prasiskverbimas iš kraujo į žmogaus audinius.

Geometrinis Fick lygties aprašymas.

Antrojoje Fick lygtyje kairėje yra temperatūros kitimo laike greitis, o dešinėje lygties pusėje yra antroji dalinė išvestinė, išreiškianti temperatūrų erdvinį pasiskirstymą, ypač temperatūros pasiskirstymo išgaubumą. funkcija projektuojama į x ašį.

Gazizova Guzel

„Žingsniai į mokslą – 2016“

Parsisiųsti:

Peržiūra:

Savivaldybės biudžetinė švietimo įstaiga

"Arsko vidurinė mokykla Nr. 7" Arskis

Tatarstano Respublikos savivaldybės rajonas.

Respublikinė mokslinė praktinė konferencija

„Žingsniai į mokslą – 2016“

Skyrius: Fizika ir techninė kūryba

Tyrimas

Tema: Difuzijos vandenyje stebėjimas ir temperatūros įtaka difuzijos greičiui.

Padėtis.

Gazizova Guzel R. Zinnatullin Fidaris Faisalovič

7 klasės mokinė fizikos mokytoja 1 kv. kategorijas.

2016 m. lapkričio mėn.

1. Įvado puslapis 3

1. Tyrimo problema
2. Temos aktualumas ir praktinė tyrimo reikšmė
3. Tyrimo objektas ir dalykas
4. Tikslai ir tikslai
5. Tyrimo hipotezė

1. Pagrindinė tiriamojo darbo dalis 5 psl

1. Stebėjimų ir eksperimentų vietos ir sąlygų aprašymas
2. Tyrimo metodika, jos pagrįstumas
3. Pagrindiniai eksperimento rezultatai
4. Apibendrinimas ir išvados

1. Išvados 6 puslapis
2. Literatūra 7 psl

Difuzija (lot. diffusio – plitimas, plitimas, sklaidymas, sąveika) – vienos medžiagos molekulių ar atomų abipusio prasiskverbimo tarp molekulių ar kitos kitos atomų procesas, dėl kurio spontaniškai išlyginama jų koncentracija visame užimamame tūryje. Kai kuriose situacijose viena iš medžiagų jau turi išlygintą koncentraciją ir kalba apie vienos medžiagos difuziją kitoje. Šiuo atveju medžiaga perkeliama iš didelės koncentracijos srities į mažos koncentracijos sritį.

Jei vanduo atsargiai pilamas į vario sulfato tirpalą, tarp dviejų sluoksnių susidaro aiški sąsaja (vario sulfatas yra sunkesnis už vandenį). Bet po dviejų dienų inde bus vienalytis skystis. Tai visiškai savavališka.

Kitas pavyzdys yra susijęs su kietu kūnu: jei vienas strypo galas yra šildomas arba įkraunamas elektra, šiluma (arba atitinkamai elektros srovė) sklinda iš karštos (įkrautos) dalies į šaltą (neįkrautą). Metalinio strypo atveju šiluminė difuzija vystosi greitai ir srovė teka beveik akimirksniu. Jei strypas pagamintas iš sintetinės medžiagos, šiluminė difuzija yra lėta, o elektriškai įkrautų dalelių difuzija yra labai lėta. Molekulių difuzija paprastai yra dar lėtesnė. Pavyzdžiui, jei cukraus kubelis nuleistas ant stiklinės vandens dugno ir vanduo nemaišomas, praeis kelios savaitės, kol tirpalas taps vienalytis. Vienos kietosios medžiagos difuzija į kitą vyksta dar lėčiau. Pavyzdžiui, jei varis yra padengtas auksu, tada aukso difuzija į varį įvyks, tačiau normaliomis sąlygomis (kambario temperatūra ir atmosferos slėgis) aukso sluoksnis kelių mikrometrų storį pasieks tik po kelių tūkstančių metų.

Pirmąjį kiekybinį difuzijos procesų aprašymą pateikė vokiečių fiziologas A. Fickas 1855 m.

Difuzija vyksta dujose, skysčiuose ir kietosiose medžiagose, gali difunduoti tiek juose esančios pašalinių medžiagų dalelės, tiek jų pačių dalelės.

Sklaida žmogaus gyvenime

Tyrinėdamas difuzijos fenomeną priėjau išvados, kad būtent šio reiškinio dėka žmogus gyvena. Juk, kaip žinote, oras, kuriuo kvėpuojame, susideda iš dujų mišinio: azoto, deguonies, anglies dioksido ir vandens garų. Jis yra troposferoje – žemesniuose atmosferos sluoksniuose. Jei difuzijos procesų nebūtų, mūsų atmosfera tiesiog stratifikuotųsi veikiant gravitacijai, kuri veikia visus Žemės paviršiuje ar šalia jo esančius kūnus, įskaitant oro molekules. Apačioje būtų sunkesnis anglies dvideginio sluoksnis, virš jo – deguonis, aukščiau – azotas ir inertinės dujos. Tačiau normaliam gyvenimui mums reikia deguonies, o ne anglies dioksido. Difuzija vyksta ir pačiame žmogaus kūne. Žmogaus kvėpavimas ir virškinimas grindžiamas difuzija. Jei kalbėtume apie kvėpavimą, tai kiekvieną laiko momentą kraujagyslėse, gaubiančiose alveoles, yra apie 70 ml kraujo, iš kurio į alveoles difunduoja anglies dioksidas, o priešinga kryptimi – deguonis. Didžiulis alveolių paviršius leidžia sumažinti kraujo sluoksnio, keičiančio dujas su intraalveoliniu oru, storį iki 1 mikrono, o tai leidžia greičiau nei per 1 s prisotinti šį kraujo kiekį deguonimi ir išlaisvinti jį nuo anglies dioksido pertekliaus. .

Šis reiškinys paliečia ir žmogaus organizmą – oro deguonis difuzijos būdu per alveolių sieneles prasiskverbia į plaučių kraujo kapiliarus, o vėliau jose ištirpęs, pernešamas po visą organizmą, praturtindamas jį deguonimi.

Difuzija naudojama daugelyje technologinių procesų: sūdymo, cukraus gamyboje (cukrinių runkelių traškučiai plaunami vandeniu, cukraus molekulės difunduoja iš drožlių į tirpalą), uogienių virimui, audinių dažymui, skalbimui, karbonizavimui, metalų virinimui ir litavimui, įskaitant difuziją. suvirinimas vakuume (suvirinami metalai, kurių negalima jungti kitais būdais - plienas su ketumi, sidabras su nerūdijančiu plienu ir kt.) ir gaminių difuzinis metalizavimas (plieno gaminių paviršiaus prisotinimas aliuminiu, chromu, siliciu), azotavimas - prisotinimas. plieno paviršiaus įsotinimas azotu (plienas tampa kietas, atsparus dilimui), karbonizavimas - plieno gaminių prisotinimas anglimi, cianidavimas - plieno paviršiaus prisotinimas anglimi ir azotu.

Kaip matote iš aukščiau pateiktų pavyzdžių, difuzijos procesai atlieka labai svarbų vaidmenį žmonių gyvenime.

Problema: Kodėl difuzija skirtingose ​​temperatūrose vyksta skirtingai?

Aktualumas Šį tyrimą matau tuo, kad tema „Difuzija skystose, kietose ir dujinėse būsenose“ yra gyvybiškai svarbi ne tik fizikos kurse. Žinios apie difuziją gali būti naudingos mano kasdieniame gyvenime. Ši informacija padės pasiruošti pagrindiniam ir vidurinės mokyklos fizikos egzaminui. Ši tema man labai patiko, todėl nusprendžiau ją panagrinėti giliau.

Mano tyrimo objektas- difuzija vandenyje esant skirtingoms temperatūroms irstudijų dalykas- stebėjimai, atliekant eksperimentus įvairiose temperatūrose režimus.

Darbo tikslas:

1. Plėsti žinias apie difuziją, jos priklausomybę nuo įvairių veiksnių.
2. Paaiškinkite difuzijos reiškinio fizikinę prigimtį, remdamiesi medžiagos molekuline struktūra.
3. Išsiaiškinkite besimaišančių skysčių difuzijos greičio priklausomybę nuo temperatūros.
4. Teorinius faktus patvirtinkite eksperimentiniais rezultatais.
5. Apibendrinti įgytas žinias ir parengti rekomendacijas.

Tyrimo tikslai:

1. Ištirkite difuzijos greitį vandenyje esant skirtingoms temperatūroms.
2. Įrodykite, kad skysčio išgaravimas yra molekulių judėjimo rezultatas

Hipotezė: aukštoje temperatūroje molekulės juda greičiau, todėl greičiau susimaišo.

Didžioji dalis tiriamųjų darbų

Tyrimui paėmiau dvi stiklines. Į vieną įpylė šilto vandens, į kitą – šalto. Tuo pačiu metu jis įmerkė į juos arbatos maišelį. Šiltas vanduo paruduoja greičiau nei šaltas. Yra žinoma, kad šiltame vandenyje molekulės juda greičiau, nes jų greitis priklauso nuo temperatūros. Tai reiškia, kad arbatos molekulės greičiau prasiskverbs tarp vandens molekulių. Šaltame vandenyje molekulių greitis yra lėtesnis, todėl ir difuzijos reiškinys čia lėtesnis. Vienos medžiagos molekulių prasiskverbimo tarp kitos medžiagos molekulių reiškinys vadinamas difuzija.

Tada tiek pat vandens įpyliau į dvi stiklines. Vieną stiklinę paliko ant stalo kambaryje, o kitą padėjo į šaldytuvą. Po penkių valandų palyginau vandens lygį. Paaiškėjo, kad stiklinėje iš šaldytuvo lygis išliko praktiškai nepakitęs. Antruoju lygis pastebimai sumažėjo. Jį sukelia molekulių judėjimas. Ir tai yra daugiau, tuo aukštesnė temperatūra. Didesniu greičiu vandens molekulės, artėjančios prie paviršiaus, „iššoka“. Toks molekulių judėjimas vadinamas garavimu. Patirtis parodė, kad aukštesnėje temperatūroje garavimas vyksta greičiau, nes kuo greičiau juda molekulės, tuo daugiau molekulių vienu metu nuskrenda iš skysčio. Šaltame vandenyje greitis lėtas, todėl jie lieka stiklinėje.

Išvada:

Remdamasis savo eksperimentu ir difuzijos vandenyje skirtingomis temperatūromis stebėjimais, įsitikinau, kad temperatūra stipriai veikia molekulių greitį. To įrodymas buvo įvairus garavimo laipsnis. Taigi, kuo karštesnė medžiaga, tuo didesnis molekulių greitis. Kuo šaltesnis, tuo mažesnis molekulių greitis. Vadinasi, aukštoje temperatūroje difuzija skysčiuose bus greitesnė.

Literatūra:

1. A. V. Periškinas. Fizikos 7 klasė. M .: Bustard, 2011 m.
2. Biblioteka „Rugsėjo pirmoji“. M .: „Rugsėjo 1 d.“, 2002 m.
3. Biofizika fizikos pamokose. Iš darbo patirties. M., „Švietimas“, 1984 m.

Dėmesio! Svetainės administravimo svetainė nėra atsakinga už metodinių tobulinimų turinį, taip pat už federalinio valstybinio švietimo standarto kūrimo atitiktį.

• Dalyvis: Kholosha Daria Olegovna
• Vadovas: Panova Liudmila Valentinovna

Tikslas yra nustatyti, kas lemia difuzijos greitį skystyje.

Difuzijos eksperimentai

Difuzija- reiškinys, kai vyksta vienos medžiagos molekulių tarpusavio prasiskverbimas tarp kitos molekulių (apibrėžimas iš vadovėlio).

Tikslas- nustatyti, kas lemia difuzijos greitį skystyje.

Difuzija aiškinama nuolatiniu medžiagos molekulių judėjimu, judėjimo greitis priklauso nuo temperatūros. Štai kodėl hipotezė- difuzijos greitis skystyje priklauso nuo temperatūros.

Įranga: stiklinė šalto ir karšto vandens, kalio permanganatas, mentele.

Saugos inžinerija: Atsargiai elkitės su karštu vandeniu ir stikliniais indais.

Eksperimento eigos aprašymas ir rezultatai.

1. Išgerkite dvi stiklines karšto ir šalto vandens.
2. Mentele užpilkite kalio permanganato ir stebėkite reiškinį.

Stebėdamas difuzijos reiškinį šalto ir karšto vandens stiklinėje, pamačiau, kad karštame vandenyje difuzijos procesas vyksta greičiau nei šaltame vandenyje. Hipotezė pasitvirtino.

Nagrinėjamo reiškinio taikymo praktikoje apžvalga: difuzijos greičio priklausomybė nuo temperatūros naudojama daugelyje technologinių procesų: verdant arbatą ar kavą, sūdant, verdant uogienę, dažant audinius, skalbiant daiktus.

Metalizavimo procesas pagrįstas difuzijos reiškiniu – gaminio paviršiaus padengimu metalo ar lydinio sluoksniu, suteikiančiu jam fizines, chemines ir mechanines savybes. Jis naudojamas gaminiams apsaugoti nuo korozijos, nusidėvėjimo, dekoratyviniais tikslais. Taigi, siekiant padidinti plieninių dalių kietumą ir atsparumą karščiui, naudojamas karbiuravimas. Plieninės detalės dedamos į grafito miltelių dėžutę, kuri montuojama į terminę orkaitę. Dėl difuzijos anglies atomai prasiskverbia į paviršinį dalių sluoksnį. Įsiskverbimo gylis priklauso nuo temperatūros ir dalių laikymo terminėje krosnyje laiko. Jis taip pat naudojamas daugelio metalų, pavyzdžiui, plieno, lydymui.

Nagrinėjamo reiškinio stebėjimų gamtoje apžvalga: augalų mityba, vandens prisotinimas deguonimi, vienalytė atmosferos sudėtis, fiziologiniai procesai žmogaus organizme (kvėpavimas ir virškinimas).

• Pirmąjį kiekybinį difuzijos procesų aprašymą pateikė vokiečių fiziologas A. Fickas 1855 m.
• 1638 m. ambasadorius Vasilijus Starkovas atnešė 4 svarus džiovintų lapų iš Mongolijos Altyn Khano kaip dovaną carui Michailui Fedorovičiui. Maskviečiams šis augalas labai patiko ir jie iki šiol su malonumu jį naudoja. Tai buvo arbata, o virimo procesas buvo difuzinis.
• Sklaida aptinkama ne tik gyvenime, kasdienybėje, bet ir pasakose, patarlėse, priežodžiuose.

- Sena asirų pasaka „Karalius Zimaaras“: „Karalius turėjo sumanų patarėją Ayazą, kurį labai gerbė. Kaip dažniausiai tokiais atvejais nutinka, Ajazas turėjo priešų, kurie jį šmeižė karaliui, o jis, jų išklausęs, įkalino. Kai žmona atvyko į Ayazą, jis įsakė jai pagauti didelę skruzdėlę, pririšti prie jos letenos keturiasdešimties metrų ilgio tvirtą siūlą, prie jos laisvo galo pririšti tokio pat ilgio virvę ir leisti skruzdėlę palei išorinę kalėjimo sieną. nurodytoje vietoje. Kaip sakė Ayaz, taip padarė jo žmona. Pats Ayaz sutrupino cukrų ant kameros lango, o skruzdė, užuodusi cukraus kvapą, pasiekė kamerą, kurioje sėdėjo Ayazas. Būtent šis reiškinys išgelbėjo Ayazą ir padėjo skruzdėlei rasti fotoaparatą.

- Patarlės ir posakiai, kuriuos galima paaiškinti tik žinant apie sklaidos reiškinį.

1. Musė tepalu.
2. Supjaustytas svogūnas kvepia ir labiau degina akis
3. Daržovių parduotuvei ženklo nereikia.

Trinties jėgos eksperimentai

Patirtis aprašyta A. V. Peryshkin vadovėlyje „7 klasės fizika“ .: vadovėlis švietimo įstaigoms / A. V. Peryshkin. - M .: Bustard, 2012 m.

Kai vienas kūnas liečiasi su kitu, atsiranda sąveika, neleidžianti jų santykiniam judėjimui, kuri vadinama trintimi. O jėga, kuri apibūdina šią sąveiką, vadinama trinties jėga. (iš pamokos)

Yra trys trinties tipai: statinė trintis, slydimo trintis, riedėjimo trintis.

Peryshkina pedagoginiame kolektyve A.V. tiriama tik trinties jėgos priklausomybė nuo kūno svorio, pridėjome eksperimentus, apie kuriuos kalbama netiesiogiai (priklausomybė nuo paviršiaus ploto, nuo trinties paviršių pobūdžio).

Tikslas- išsiaiškinti, nuo ko priklauso slydimo trinties jėga.

Įranga: medinis blokas, dinamometras, svarmenų rinkinys, švitrinis popierius, kreipiamasis bėgelis.

Iškeliant hipotezę... Trinties jėga priklauso nuo paviršiaus sąlyčio ploto, nuo kūno svorio, nuo besiliečiančių paviršių tipo.

: būkite atsargūs su įranga.

1. Ant kreipiamojo bėgio uždėkite medienos bloką.
2. Prie strypo pritvirtinkite dinamometrą ir tolygiai traukite. Dinamometras parodys traukos jėgą, lygią trinties jėgai. Įrašykite rezultatą.

F tr = 0,3H

1. Pasukite bloką į kitą pusę ir išmatuokite dinamometro rodmenis.

F tr = 0,3H

Išvada: slydimo trinties jėga nepriklauso nuo kūnų kontaktinio ploto.

1. Išmatuokite slydimo trinties jėgą vienu ir dviem svarmenimis.

F tr = 0,3H

F tr = 0,5 N (1 apkrova)

F tr = 0,6 N (2 svareliai)

Išvada: kuo didesnė jėga spaudžia kūną prie paviršiaus (kūno svoris), tuo didesnė trinties jėga atsiranda šiuo atveju.

1. Išmatuokite slydimo trinties jėgą vienu svoriu ant švitrinio popieriaus.

F tr = 0,3H

F tr = 0,6 N (ant švitrinio popieriaus)

Išvada: trinties jėga priklauso nuo besiliečiančių paviršių tipo (paviršiaus šiurkštumo)

: be poilsio trinties nei žmonės, nei gyvūnai negalėtų vaikščioti žeme, nes einant kojos nustumiamos nuo žemės. Ledinėmis sąlygomis tarp avalynės pado ir žemės būna nedidelė trintis, labai sunku atsistumti nuo žemės ir kojos slysta. Norėdami padidinti trintį tarp bato pado ir ledo, nušlifuokite šaligatvius. Trintis užtikrina įvairių medžiagų, įrankių dalių, įvairių prietaisų, konstrukcijų sujungimą. Dėl trinties tarp siūlų audiniai nešliaužia, ant rankenų laikosi plaktukai, kirviai, kastuvai ir kiti įrankiai. Varžtai su veržlėmis, vinimis, varžtais, pleištais, tvirtinamos konstrukcijų dalys trinties jėga. Trintis padeda žmogui laikyti daiktus rankose. Be stryko trinties į stygas groti smuiku ar violončele būtų neįmanoma.

Daugelis augalų ir gyvūnų turi įvairius sugriebimo organus (augalų antenas, dramblio kamieną, vijoklinių gyvūnų uodegas). Visų jų paviršius yra grubus, kad padidėtų trinties jėga.

Tarp gyvų organizmų dažnos adaptacijos (vilna, šeriai, žvynai, įstrižai paviršiui išsidėstę spygliai), dėl kurių trintis judant viena kryptimi susidaro maža, o priešinga kryptimi – didelė. Šiuo principu pagrįstas sliekų judėjimas. Šereliai, nukreipti atgal, laisvai praeina slieko kūną į priekį, tačiau slopina atvirkštinį judėjimą. Ilgėjant kūnui, galvos dalis juda į priekį, o uodegos dalis lieka vietoje, susitraukimo metu galvos dalis uždelsta, o uodegos dalis traukiama link jos.

Didelė trintis yra būtina judesio organų darbiniams paviršiams. Būtina judėjimo sąlyga – patikimas judančio kūno ir atramos sukibimas. Sukibimas pasiekiamas dėl aštrių galūnių taškų arba dėl nedidelių nelygumų, pavyzdžiui, šerių, žvynų, gumbų. Didelės trinties reikia ir sugriebimo organams. Jų forma įdomi: tai arba žnyplės, kurios sugriebia daiktą iš abiejų pusių, arba juostos, apeinančios jį. Ranka sujungia žnyplių veikimą ir pilną aprėptį iš visų pusių; švelni delno oda gerai prilimpa prie daiktų, kuriuos reikia laikyti, šiurkštumo.

Įdomių faktų apie nagrinėjamą reiškinį buvimas:

• Leonardo da Vinci (1519) pirmasis suformulavo trinties dėsnius. Jis teigė, kad trinties jėga, atsirandanti kūnui besiliečiant su kito kūno paviršiumi, yra proporcinga apkrovai (spaudimo jėga), yra nukreipta prieš judėjimo kryptį ir nepriklauso nuo sąlyčio ploto. Leonardo modelį po 180 metų iš naujo atrado G. Amontonas ir galiausiai jis buvo suformuluotas Sh.O. Pakabukas (1781). Amontonas ir Kulonas pristatė trinties koeficiento sąvoką kaip trinties jėgos ir apkrovos santykį, suteikdami jai fizinės konstantos reikšmę, kuri visiškai lemia bet kurios besiliečiančių medžiagų poros trinties jėgą.
• Trinties jėgos pobūdis yra elektromagnetinis. Tai reiškia, kad jo atsiradimo priežastis yra dalelių, sudarančių medžiagą, sąveikos jėgos. Antroji trinties jėgos priežastis yra paviršiaus šiurkštumas. Iškišusios paviršių dalys liečiasi viena su kita ir trukdo kūno judėjimui. Štai kodėl važiuojant lygiu (poliruotu) paviršiumi reikia mažiau jėgos nei važiuojant nelygiais paviršiais.
• Patarlės ir priežodžiai: (rinko mokiniai).

1. Jei netepsi, tai ir neisi;
2. Praėjo sklandžiai;
3. Jūs negalite laikyti ungurio rankose;
4. Pjaukite dalgį, kol rasa, rasos nebėra, ir mes namuose;
5. Moteris su vežimu lengviau kumelei;

• Teflonas turi mažiausią kietosios medžiagos trinties koeficientą (0,02). Kiekvienas šiuolaikinis žmogus virtuvėje turi nepridegančius teflonu dengtus puodus ir keptuves.

Šilumos laidumo eksperimentai

Patirtis aprašyta A. V. Peryshkin vadovėlyje „8 klasės fizika“ .: vadovėlis švietimo įstaigoms / A. V. Peryshkin. - M .: Bustard, 2012 m.

Šilumos laidumas- vidinės energijos perdavimo iš vienos kūno dalies į kitą arba iš vieno kūno į kitą reiškinys jų tiesioginio kontakto metu. (iš pamokos)

Visi metalai turi skirtingą struktūrą, todėl jie turi skirtingais būdais perduoti šilumą.

Hipotezės iškėlimas. Skirtingų metalų šilumos laidumas turi būti skirtingas.

Tikslas- stebėti metalų šilumos laidumą.

Įranga: aliuminio ir žalvario strypai, plastilinas, adatos, žvakė, degtukai, du trikojai.

Aprašymas ir saugos priemonių laikymasis bandomojo tyrimo metu: Dirbdami su žvake laikykitės saugos priemonių.

Eksperimento eigos aprašymas ir rezultatai:

1. Pritvirtinkite adatas ant strypų plastilinu.
2. Pritvirtinkite strypus prie trikojo.
3. Uždekite žvakę ir įkaitinkite strypus.
4. Stebėkite adatas ant strypo.

Stebėjimai parodė, kad adatos nuo aliuminio strypo pradėjo kristi greičiau nei nuo žalvario.

Išvada: skirtingų metalų šilumos laidumas nėra vienodas.

Nagrinėjamo reiškinio taikymo praktikoje apžvalga: Dažnai gaminio terminio apdorojimo metu būtina palaikyti aukštą temperatūrą, todėl virtuvėje naudojami metalai, nes jų šilumos laidumas ir stiprumas yra didesni nei kitų medžiagų. Karštai arbatai, kad nesusidegintumėte, renkantis metalinį ar porcelianinį puodelį, reikia rinktis porcelianinį.

Puodai, keptuvės, kepimo skardos ir kiti indai gaminami iš metalo. Puikus aukštos šilumos laidumo medžiagų naudojimo virtuvėje pavyzdys yra viryklė. Pavyzdžiui, elektrinės viryklės kaitlentės yra pagamintos iš metalo, kad būtų užtikrintas geras šilumos perdavimas iš karšto kaitinimo elemento gyvatuko į puodą ar keptuvę.

Žmonės naudoja medžiagas su mažu šilumos laidumu tarp rankų ir indų, kad išvengtų nusiplikymo. Daugelis puodų turi plastikines rankenas, o keptuvės iš orkaitės išimamos orkaitės pirštinėmis, pagamintomis iš audinio arba mažo šilumos laidumo plastiko. Varis turi gerą šilumos laidumą ir yra naudojamas lituokliams.

Nagrinėjamo reiškinio gamtoje stebėjimų apžvalga: sniegas apsaugo žiemkenčius nuo užšalimo; oras, ledas, sniegas, riebalai yra prasti šilumos laidininkai – tai išsaugo daugelio miškuose ir vandens aplinkoje gyvenančių gyvūnų gyvybes (tetervinas žiemą miega, galvą įkasdamas į sniegą). Žiemą rezervuarai yra padengti ledu, kuris neleidžia jiems toliau užšalti, daugelis vandens faunos atstovų išgyvena.

Įdomių faktų apie nagrinėjamą reiškinį buvimas:

• Jean Baptiste Joseph Fourier pristatė „šilumos laidumo“ sąvoką.
• Pamatų nuslūgimas, ypač regionuose, kuriuose yra amžinojo įšalo, pastatų statytojams sukelia didelių sunkumų. Namai dažnai sutrūkinėja dėl po jais esančio grunto atšildymo, pamatas perduoda tam tikrą šilumos kiekį į gruntą. Todėl pastatai pradėti statyti ant polių. Šiuo atveju šiluma perduodama tik šilumos laidumu nuo pamatų į polią ir toliau nuo polio į žemę. Iš ko reikėtų daryti polius? Pasirodo, viduje iš vientisos kietos medžiagos sulipdyti krūvos turi būti užpildytos žibalu. Vasarą krūva prastai praleidžia šilumą iš viršaus į apačią. skystis turi mažą šilumos laidumą. Žiemą krūva dėl joje esančio skysčio konvekcijos, priešingai, prisidės prie papildomo grunto aušinimo.Toks projektas iš tikrųjų buvo sukurtas ir išbandytas!
• Italų mokslininkai išrado marškinius, kurie leidžia palaikyti pastovią kūno temperatūrą. Mokslininkai žada, kad vasarą nebus karšta, o žiemą – šalta, nes jis pagamintas iš specialių medžiagų. Panašios medžiagos jau naudojamos skrydžiams į kosmosą.
• Senuosiuose „Maxim“ kulkosvaidžiuose kaitinant vandenį ginklas neleido ištirpti.
• Žemiau aprašytas reiškinys parodo metalų savybę gerai praleisti šilumą.

Jei pagaminsite vielos tinklelį, užtikrinantį gerą metalo sujungimą vielos sankirtose, ir pastatysite jį virš dujų degiklio, tada, kai vožtuvas įjungtas, galite užsidegti dujas virš tinklo, o tai neįvyks. deginti po tinkleliu. O jei padegsite dujas po tinkleliu, tai ugnis „neištekės“ aukštyn per tinklelį!

Tais laikais, kai dar nebuvo elektrinių kalnakasių lempų, jie naudojo Davy lempą.

Tai buvo žvakė, „pasodinta“ į metalinį narvą. Ir net jei kasykla buvo užpildyta degiomis dujomis, Davy lempa buvo saugi ir nesukėlė sprogimo – metalinio tinklelio dėka liepsna neperžengė lempos ribų.