Diffusiesnelheid:

Diffusie is een van de eenvoudigste verschijnselen die in de natuurkunde worden bestudeerd. Dit proces kan worden weergegeven op het dagelijkse niveau van het huishouden.

Diffusie is een fysiek proces van wederzijdse penetratie van atomen en moleculen van een stof tussen dezelfde structurele elementen van een andere stof. Het resultaat van dit proces is het egaliseren van het concentratieniveau in de indringende verbindingen. Diffusie of mixen zie je elke ochtend in je eigen keuken bij het bereiden van thee, koffie of andere dranken die meerdere basiscomponenten bevatten.

Een soortgelijk proces werd voor het eerst wetenschappelijk beschreven door Adolf Fick in het midden van de 19e eeuw. Hij gaf het de oorspronkelijke naam, die uit het Latijn is vertaald als interactie of distributie.

De snelheid van diffusie hangt af van verschillende factoren:

• lichaamstemperatuur;
• aggregatietoestand van de teststof.

In verschillende gassen, waar zeer grote afstanden tussen moleculen zijn, zal de diffusiesnelheid het grootst zijn. In vloeistoffen, waar de afstand tussen moleculen merkbaar kleiner is, neemt ook de snelheid af. De kleinste diffusiesnelheid wordt waargenomen in vaste stoffen, omdat een strikte volgorde wordt waargenomen in moleculaire bindingen. Atomen en moleculen maken zelf onbeduidende oscillerende bewegingen op één plek. De diffusiesnelheid neemt toe met toenemende omgevingstemperatuur.

Wet van Fick

Opmerking 1

Diffusiesnelheid wordt meestal gemeten door de hoeveelheid stof die per tijdseenheid wordt overgedragen. Alle interacties moeten door het dwarsdoorsnedegebied van de oplossing gaan.

De basisformule voor diffusiesnelheid is:

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

• $D$ is de evenredigheidsfactor,
• $S$ is het oppervlak, en het "-" teken betekent dat diffusie van een gebied met een hogere concentratie naar een lager gaat.

Fick presenteerde zo'n formule in de vorm van een wiskundige beschrijving.

Volgens haar is de diffusiesnelheid recht evenredig met de concentratiegradiënt en het gebied waardoor het diffusieproces wordt uitgevoerd. De evenredigheidsfactor bepaalt de verspreiding van een stof.

De beroemde natuurkundige Albert Einstein heeft vergelijkingen afgeleid voor de diffusiecoëfficiënt:

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

• $R$ is de universele gasconstante,
• $T$ - absolute temperatuur,
• $r$ - straal van diffunderende deeltjes,
• $D$ - diffusiecoëfficiënt,
• $ŋ$ is de viscositeit van het medium.

Uit deze vergelijkingen volgt dat de diffusiesnelheid zal toenemen:

• wanneer de temperatuur stijgt;
• met toenemende concentratiegradiënt.

Diffusiesnelheid neemt af:

• met een toename van de viscositeit van het oplosmiddel;
• met een toename in de grootte van diffunderende deeltjes.

Als de molaire massa toeneemt, neemt de diffusiecoëfficiënt af. In dit geval neemt ook de diffusiesnelheid af.

Diffusie versnelling

Er zijn verschillende omstandigheden die bijdragen aan de versnelling van diffusie. De diffusiesnelheid hangt af van de aggregatietoestand van de teststof. De hoge dichtheid van het materiaal vertraagt ​​de chemische reactie. Het temperatuurregime beïnvloedt de snelheid van interactie van moleculen. Het kwantitatieve kenmerk van de diffusiesnelheid is de coëfficiënt. In het SI-meetsysteem wordt het aangeduid als de Latijnse hoofdletter D. Het wordt gemeten in vierkante centimeters of meters per seconde.

Definitie 1

De diffusiecoëfficiënt is gelijk aan de hoeveelheid van een stof die door een bepaalde oppervlakte-eenheid over een andere stof wordt verdeeld. De interactie moet voor een tijdseenheid worden uitgevoerd. Om het probleem effectief op te lossen, is het noodzakelijk om de toestand te bereiken waarin het dichtheidsverschil op beide oppervlakken gelijk is aan één.

Ook wordt de diffusiesnelheid in vaste stoffen, vloeistoffen in gassen beïnvloed door druk en straling. Straling kan van verschillende soorten zijn, inclusief inductie, evenals hoogfrequent. Diffusie begint bij blootstelling aan een specifieke katalysatorstof. Ze fungeren vaak als een trigger voor het ontstaan ​​van een stabiel deeltjesverstrooiingsproces.

Met behulp van de Arrhenius-vergelijking wordt de afhankelijkheid van de coëfficiënt van de temperatuur beschreven. Het ziet er zo uit:

$D = D0exp(-E/TR)$ waarbij:

• $T$ - absolute temperatuur, gemeten in Kelvin,
• $E$ is de minimale energie die nodig is voor diffusie.

De formule stelt u in staat om meer te begrijpen over de kenmerken van het gehele diffusieproces en bepaalt de reactiesnelheid.

Speciale diffusiemethoden

Tegenwoordig is het praktisch onmogelijk om conventionele methoden toe te passen om het molecuulgewicht van eiwitten te bepalen. Ze zijn meestal gebaseerd op de meting:

• stoomdruk;
• verhoging van het kookpunt;
• het vriespunt van oplossingen verlagen.

Om het probleem effectief op te lossen, worden speciale methoden gebruikt die zijn ontwikkeld voor de studie van stoffen met een hoge moleculaire structuur. Ze omvatten het bepalen van de diffusiesnelheid of de viscositeit van oplossingen.

De methode voor het bepalen van de oriëntatie en vorm van poriën door diffusiesnelheid is gebaseerd op de studie van dialysesnelheden. Op dit punt moet vrije diffusie in het membraan plaatsvinden.

Ook kunnen verschillende radio-isotopen worden gebruikt om de natriumdiffusiesnelheid te bepalen. Deze speciale methode wordt gebruikt om problemen op het gebied van mineralogie en geologie op te lossen.

De diffusiemethode wordt actief gebruikt, die is gebaseerd op de bepaling van de diffusie van macromoleculen in oplossing. Het is ontwikkeld voor polymere materialen. Volgens de methode wordt de diffusiecoëfficiënt bepaald en vervolgens wordt uit deze gegevens het gewichtsgemiddelde molecuulgewicht bepaald.

Momenteel zijn er geen directe methoden om de diffusiesnelheid van waterstof in een katalysator te bepalen. Hiervoor wordt de zogenaamde tweede activatieroute gebruikt.

Om de snelheid te bepalen, is het gebruikelijk om speciale apparaten te gebruiken. Ze verschillen qua uiterlijk van de gestelde praktische en wetenschappelijke taken.

Inhoudsopgave van het onderwerp "Elektronenmicroscopie. Membraan.":

Factoren die beïnvloeden diffusiesnelheid:, samengevoegd tot fica wet. Het stelt dat de diffusiesnelheid evenredig is met de volgende uitdrukking:

Dus, voor welke moleculen kunnen ze door de membranen? diffusie telling? Gassen zoals zuurstof en kooldioxide diffunderen snel door membranen. Watermoleculen, hoewel sterk gepolariseerd, zijn klein genoeg om zonder interferentie tussen de hydrofobe fosfolipidemoleculen te glippen.

Tegelijkertijd kunnen ionen en grotere polaire moleculen met hydrofobe vlekken membranen worden afgestoten en daarom gaat het membraan extreem traag. Voor hun binnenkomst in de cel zijn andere mechanismen nodig.

Sommige ionen en polaire moleculen komen de cel binnen met behulp van speciale transporteiwitten. Dit zijn kanaaleiwitten en dragereiwitten. Met water gevulde hydrofiele kanalen, of poriën, van deze eiwitten hebben een strikt gedefinieerde vorm die overeenkomt met een of ander ion of molecuul. Soms passeert het kanaal niet binnen één eiwitmolecuul, maar tussen verschillende naburige moleculen.

Diffusie kanalen stromen in beide richtingen. Zo'n diffusie - met behulp van transporteiwitten - heet gefaciliteerde diffusie. Transporteiwitten die ionen dragen, worden ionenkanalen genoemd. Typisch zijn ionenkanalen uitgerust met "poorten", dat wil zeggen dat ze kunnen openen en sluiten. Ionenkanalen die kunnen openen en sluiten spelen een belangrijke rol bij de geleiding van zenuwimpulsen.

Voor eiwitkanalen vorm staat vast. Er is aangetoond dat de ziekte die bekend staat als cystische fibrose het gevolg is van een defect in een eiwit dat chloride-ionen kanaliseert. In dragereiwitten daarentegen ondergaat de vorm snelle veranderingen, tot wel 100 cycli per seconde. Ze bestaan ​​in twee staten en het mechanisme van hun actie lijkt op een spelletje "pingpong".

De figuur laat zien hoe dit mechanisme werkt. Bindmiddelen regio's van het dragereiwit in de ene toestand ("ping") worden ze naar buiten gedraaid en in de andere ("pong") worden ze in de cel gedraaid. Hoe hoger de concentratie van opgeloste moleculen of ionen, hoe groter de kans dat ze gebonden zijn. Als de concentratie van de opgeloste stof buiten hoger is dan in de cel, zoals in het voorbeeld van glucose in de figuur, dan zal de werkelijke stroom van deze stof naar binnen worden gericht en zal deze de cel binnenkomen.

Zo komt glucose de rode bloedcellen binnen. Dit soort beweging heeft alles karakteristieke tekenen van diffusie, hoewel het wordt vergemakkelijkt door de deelname van eiwitten. Een ander voorbeeld van gefaciliteerde diffusie is de beweging van chloride- en bicarbonaationen tussen erytrocyten en bloedplasma tijdens de zogenaamde chlorideverschuiving. Dit is een van de mechanismen die zorgen voor gedeeltelijke en selectieve membraanpermeabiliteit.

Diffusie (Latijnse diffusio - verspreiding, verspreiding, dispersie, interactie) is het proces van wederzijdse penetratie van moleculen van de ene stof tussen de moleculen van een andere, wat leidt tot spontane uitlijning van hun concentraties door het bezette volume. In sommige situaties heeft een van de stoffen al een gelijke concentratie en spreekt men van diffusie van de ene stof in de andere. In dit geval vindt de overdracht van een stof plaats van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie (tegen de concentratiegradiënt in)

Een voorbeeld van diffusie is het mengen van gassen (bijvoorbeeld het verspreiden van geuren) of vloeistoffen (als je inkt in water laat vallen, wordt de vloeistof na verloop van tijd egaal gekleurd). Een ander voorbeeld is verbonden met een vast lichaam: atomen van aangrenzende metalen, diffusie van deeltjes speelt in de plasmafysica.

Meestal wordt diffusie begrepen als processen die gepaard gaan met de overdracht van materie, maar soms worden ook andere overdrachtsprocessen diffusie genoemd: thermische geleidbaarheid, viskeuze wrijving, enz.

Rijst.

De diffusiesnelheid is van veel factoren afhankelijk. In het geval van een metalen staaf vindt thermische diffusie dus zeer snel plaats. Als de staaf van synthetisch materiaal is, verloopt de thermische diffusie langzaam. De diffusie van moleculen verloopt in het algemeen nog langzamer. Als bijvoorbeeld een stuk suiker op de bodem van een glas water wordt neergelaten en het water niet wordt geroerd, duurt het enkele weken voordat de oplossing homogeen wordt. Nog langzamer is de diffusie van de ene vaste stof in de andere. Als koper bijvoorbeeld is bedekt met goud, dan zal goud diffunderen in koper, maar onder normale omstandigheden (kamertemperatuur en atmosferische druk) zal de goudhoudende laag pas na enkele duizenden jaren een dikte van enkele microns bereiken.

De fysieke betekenis van het fenomeen diffusie

Alle soorten diffusie gehoorzamen aan dezelfde wetten. De diffusiesnelheid is evenredig met het dwarsdoorsnedeoppervlak van het monster, evenals het verschil in concentraties, temperaturen of ladingen (in het geval van relatief kleine waarden van deze parameters). De warmte gaat dus vier keer sneller door een staaf met een diameter van twee centimeter dan door een staaf met een diameter van één centimeter. Deze warmte zal zich sneller verspreiden als het temperatuurverschil per centimeter 10°C is in plaats van 5°C. De diffusiesnelheid is ook evenredig met de parameter die een specifiek materiaal kenmerkt. In het geval van thermische diffusie wordt deze parameter thermische geleidbaarheid genoemd, in het geval van een stroom van elektrische ladingen - elektrische geleidbaarheid. De hoeveelheid van een stof die in een bepaalde tijd diffundeert en de afstand die de diffunderende stof aflegt, is evenredig met de vierkantswortel van de diffusietijd.

Diffusie is een proces op moleculair niveau en wordt bepaald door de willekeurige aard van de beweging van individuele moleculen. De diffusiesnelheid is dus evenredig met de gemiddelde snelheid van de moleculen. In het geval van gassen is de gemiddelde snelheid van kleine moleculen groter, namelijk omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van de massa van het molecuul en neemt toe met toenemende temperatuur. Diffusieprocessen in vaste stoffen bij hoge temperaturen vinden vaak praktische toepassing. Bepaalde typen kathodestraalbuizen (CRT's) gebruiken bijvoorbeeld metallisch thorium dat bij 2000°C door metallisch wolfraam wordt gediffundeerd.

Als in een mengsel van gassen de massa van het ene molecuul vier keer groter is dan het andere, dan beweegt zo'n molecuul twee keer zo langzaam in vergelijking met zijn beweging in een zuiver gas. Dienovereenkomstig is de diffusiesnelheid ook lager. Dit verschil in diffusiesnelheid tussen lichte en zware moleculen wordt gebruikt om stoffen met verschillende molecuulgewichten te scheiden. Een voorbeeld is de scheiding van isotopen. Als een gas met twee isotopen door een poreus membraan wordt geleid, dringen de lichtere isotopen het membraan sneller binnen dan de zwaardere. Voor een betere scheiding wordt het proces in verschillende fasen uitgevoerd. Dit proces is op grote schaal gebruikt om uraniumisotopen te scheiden (scheiding van 235U van het grootste deel van 238U). Omdat deze scheidingsmethode energie-intensief is, zijn er andere, meer economische scheidingsmethoden ontwikkeld. Het gebruik van thermische diffusie in een gasvormig medium is bijvoorbeeld wijdverbreid. Een gas dat een mengsel van isotopen bevat, wordt in een kamer geplaatst waarin een ruimtelijk temperatuurverschil (gradiënt) wordt gehandhaafd. In dit geval worden zware isotopen in de loop van de tijd geconcentreerd in het koude gebied.

Ficks vergelijking.

Vanuit het oogpunt van de thermodynamica is het drijvende potentieel van elk nivelleringsproces de groei van entropie. Bij constante druk en temperatuur wordt de rol van zo'n potentiaal gespeeld door de chemische potentiaal µ, die bepalend is voor het in stand houden van stofstromen. De stroom van materiedeeltjes is evenredig met de potentiaalgradiënt:

In de meeste praktische gevallen wordt de concentratie C gebruikt in plaats van de chemische potentiaal.De directe vervanging van µ door C wordt bij hoge concentraties onjuist, aangezien de chemische potentiaal volgens een logaritmische wet gerelateerd is aan de concentratie. Als we dergelijke gevallen niet in overweging nemen, kan de bovenstaande formule worden vervangen door de volgende:

waaruit blijkt dat de fluxdichtheid van de stof J evenredig is met de diffusiecoëfficiënt D [()] en de concentratiegradiënt. Deze vergelijking drukt de eerste wet van Fick uit (Adolf Fick is een Duitse fysioloog die de diffusiewetten in 1855 heeft vastgesteld). De tweede wet van Fick heeft betrekking op ruimtelijke en temporele veranderingen in concentratie (diffusievergelijking):

De diffusiecoëfficiënt D is afhankelijk van de temperatuur. In een aantal gevallen, in een breed temperatuurbereik, is deze afhankelijkheid de Arrhenius-vergelijking.

Een extra veld dat parallel aan de chemische potentiaalgradiënt wordt aangelegd, verbreekt de stabiele toestand. In dit geval worden diffusieprocessen beschreven door de niet-lineaire Fokker-Planck-vergelijking. Diffusieprocessen zijn van groot belang in de natuur:

Voeding, ademhaling van dieren en planten;

De penetratie van zuurstof uit het bloed in menselijke weefsels.

Geometrische beschrijving van de Fick-vergelijking.

In de tweede Fick-vergelijking staat aan de linkerkant de snelheid van temperatuurverandering in de tijd, en aan de rechterkant van de vergelijking is de tweede partiële afgeleide, die de ruimtelijke verdeling van temperaturen uitdrukt, in het bijzonder de convexiteit van de temperatuurverdeling functie geprojecteerd op de x-as.

Gazizova Guzel

"Stappen in de wetenschap - 2016"

downloaden:

Voorbeeld:

Gemeentelijke budgettaire onderwijsinstelling

"Arsk Secondary School No. 7" Arsky

Gemeentelijk district van de Republiek Tatarstan.

Republikeinse wetenschappelijke en praktische conferentie

"Stappen in de wetenschap - 2016"

Sectie: Natuurkunde en technische creativiteit

Onderzoekswerk

Onderwerp: Observatie van diffusie in water en het effect van temperatuur op de diffusiesnelheid.

Functietitel.

Gazizova Guzel Robertovna Zinnatullin Fidaris Faisalovich

7e klas student, natuurkunde leraar, 1e kwartaal. categorieën.

2016

1. Introductiepagina 3

1. Onderzoeks probleem
2. Relevantie van het onderwerp en praktische betekenis van het onderzoek
3. Object en onderwerp van onderzoek
4. Doelen en doelen
5. Onderzoeks hypothese

1. Hoofdgedeelte van het onderzoekswerk Pagina 5

1. Beschrijving van de plaats en omstandigheden van waarnemingen en experimenten
2. Onderzoeksmethodologie, de geldigheid ervan
3. Belangrijkste resultaten van het experiment
4. Generalisatie en conclusies

1. Conclusie Pagina 6
2. Referenties Pagina 7

Diffusie (Latijnse diffusio - verspreiding, verspreiding, verstrooiing, interactie) is het proces van wederzijdse penetratie van moleculen of atomen van de ene stof tussen moleculen of atomen van een andere, wat leidt tot spontane egalisatie van hun concentraties door het bezette volume. In sommige situaties heeft een van de stoffen al een gelijke concentratie en spreekt men van diffusie van de ene stof in de andere. In dit geval vindt de overdracht van een stof plaats van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie.

Als er voorzichtig water in een oplossing van kopersulfaat wordt gegoten, ontstaat er een duidelijk grensvlak tussen de twee lagen (kopersulfaat is zwaarder dan water). Maar over twee dagen zal er een homogene vloeistof in het vat zijn. Dit gebeurt volledig willekeurig.

Een ander voorbeeld heeft betrekking op een vast lichaam: als een uiteinde van de staaf wordt verwarmd of elektrisch wordt geladen, verspreidt warmte (of, respectievelijk, elektrische stroom) zich van het warme (geladen) deel naar het koude (ongeladen) deel. In het geval van een metalen staaf ontwikkelt thermische diffusie zich snel en stroomt de stroom vrijwel onmiddellijk. Als de staaf van synthetisch materiaal is gemaakt, is de thermische diffusie traag en de diffusie van elektrisch geladen deeltjes erg traag. De diffusie van moleculen verloopt in het algemeen nog langzamer. Als bijvoorbeeld een stuk suiker op de bodem van een glas water wordt neergelaten en het water niet wordt geroerd, duurt het enkele weken voordat de oplossing homogeen wordt. Nog langzamer is de diffusie van de ene vaste stof in de andere. Als koper bijvoorbeeld bedekt is met goud, dan diffundeert goud in koper, maar onder normale omstandigheden (kamertemperatuur en atmosferische druk) zal de goudhoudende laag pas na enkele duizenden jaren een dikte van enkele micrometers bereiken.

De eerste kwantitatieve beschrijving van diffusieprocessen werd gegeven door de Duitse fysioloog A. Fick in 1855.

Diffusie vindt plaats in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen, en zowel deeltjes van vreemde stoffen daarin als hun eigen deeltjes kunnen diffunderen.

Verspreiding in het menselijk leven

Toen ik het fenomeen diffusie bestudeerde, kwam ik tot de conclusie dat het dankzij dit fenomeen is dat een persoon leeft. Zoals u weet, bestaat de lucht die we inademen immers uit een mengsel van gassen: stikstof, zuurstof, kooldioxide en waterdamp. Het bevindt zich in de troposfeer - in de onderste laag van de atmosfeer. Als er geen diffusieprocessen zouden zijn, zou onze atmosfeer eenvoudig gelaagd zijn onder invloed van de zwaartekracht, die inwerkt op alle lichamen die zich op het aardoppervlak of in de buurt ervan bevinden, inclusief luchtmoleculen. Aan de onderkant zou er een zwaardere laag koolstofdioxide zijn, daarboven - zuurstof, daarboven - stikstof en inerte gassen. Maar voor een normaal leven hebben we zuurstof nodig, geen koolstofdioxide. Diffusie vindt ook plaats in het menselijk lichaam zelf. De menselijke ademhaling en spijsvertering is gebaseerd op diffusie. Als we het hebben over ademhaling, dan is er op elk moment in de bloedvaten die de longblaasjes vlechten, ongeveer 70 ml bloed, waaruit koolstofdioxide in de longblaasjes diffundeert en zuurstof in de tegenovergestelde richting. Het enorme oppervlak van de longblaasjes maakt het mogelijk om de dikte van de bloedlaag die gassen uitwisselt met de intra-alveolaire lucht te verminderen tot 1 micron, wat het mogelijk maakt om deze hoeveelheid bloed te verzadigen met zuurstof en het te bevrijden van overtollig koolstofdioxide in minder dan 1 seconde.

Dit fenomeen heeft ook invloed op het menselijk lichaam - luchtzuurstof dringt door in de bloedcapillairen van de longen door diffusie door de wanden van de longblaasjes en lost vervolgens in hen op, het verspreidt zich door het lichaam en verrijkt het met zuurstof.

Diffusie wordt gebruikt in veel technologische processen: zouten, suikerproductie (suikerbietspaanders worden gewassen met water, suikermoleculen diffunderen uit de spaanders in de oplossing), jamkoken, verven van stoffen, wassen, carboneren, lassen en solderen van metalen, inclusief diffusie lassen in vacuüm (metalen worden gelast die niet op andere manieren kunnen worden verbonden - staal met gietijzer, zilver met roestvrij staal, enz.) en diffusiemetallisatie van producten (oppervlakverzadiging van staalproducten met aluminium, chroom, silicium), nitreren - verzadiging van het staaloppervlak met stikstof (staal wordt hard, slijtvast), cementeren - verzadiging van staalproducten met koolstof, cyanidatie - verzadiging van het staaloppervlak met koolstof en stikstof.

Zoals uit bovenstaande voorbeelden blijkt, spelen diffusieprocessen een zeer belangrijke rol in het leven van mensen.

Probleem: Waarom verloopt diffusie anders bij verschillende temperaturen?

Relevantie Ik zie deze studie in het feit dat het onderwerp "Diffusie in vloeibare, vaste en gasvormige toestanden" niet alleen van vitaal belang is voor de cursus natuurkunde. Kennis van diffusie kan mij in het dagelijks leven van pas komen. Deze informatie helpt je om je voor te bereiden op het natuurkunde-examen voor de cursus van de lagere en middelbare scholen. Ik vond het onderwerp erg leuk en besloot me er dieper in te verdiepen.

Het object van mijn onderzoekis de diffusie die optreedt in water bij verschillende temperaturen, enonderwerp van studie– waarnemingen door experimenten op te zetten in verschillende temperaturen modi.

Doelstelling:

1. Vergroot kennis over diffusie, de afhankelijkheid van verschillende factoren.
2. De fysische aard van het fenomeen diffusie uitleggen aan de hand van de moleculaire structuur van materie.
3. Ontdek de afhankelijkheid van de diffusiesnelheid van de temperatuur in mengbare vloeistoffen.
4. Bevestig theoretische feiten met experimentele resultaten.
5. Vat de opgedane kennis samen en ontwikkel aanbevelingen.

Onderzoeksdoelen:

1. Onderzoek de diffusiesnelheid in water bij verschillende temperaturen.
2. Bewijs dat de verdamping van een vloeistof het gevolg is van de beweging van moleculen

Hypothese: Bij hoge temperaturen bewegen de moleculen sneller en daardoor mengen ze zich sneller.

Het grootste deel van het onderzoekswerk

Voor mijn onderzoek nam ik twee glazen. Hij goot warm water in de ene en koud water in de andere. Tegelijkertijd liet hij er een zak thee in vallen. Warm water wordt sneller bruin dan koud water. Het is bekend dat in warm water de moleculen sneller bewegen, omdat hun snelheid afhangt van de temperatuur. Dit betekent dat theemoleculen snel tussen watermoleculen zullen doordringen. In koud water is de snelheid van moleculen laag, dus het fenomeen van diffusie verloopt hier langzamer. Het fenomeen van de penetratie van moleculen van de ene stof tussen de moleculen van een andere wordt diffusie genoemd.

Daarna goot ik dezelfde hoeveelheid water in twee glazen. Ik liet een glas op de tafel in de kamer staan ​​en zette het andere in de koelkast. Vijf uur later vergeleek ik de waterstanden. Het bleek dat in een glas uit de koelkast het niveau praktisch niet veranderde. In de tweede - het niveau is aanzienlijk gedaald. Dit komt door de beweging van moleculen. En het is groter, hoe hoger de temperatuur. Met een hogere snelheid "springen" watermoleculen, die het oppervlak naderen, eruit. Deze beweging van moleculen wordt verdamping genoemd. De ervaring leert dat verdamping bij hogere temperaturen sneller verloopt, want hoe sneller de moleculen bewegen, hoe meer moleculen tegelijkertijd van de vloeistof wegvliegen. In koud water is de snelheid laag, waardoor ze in het glas blijven.

Conclusie:

Op basis van het experiment en de waarnemingen van diffusie in water bij verschillende temperaturen, was ik ervan overtuigd dat temperatuur de snelheid van moleculen sterk beïnvloedt. Dit bleek uit de verschillende mate van verdamping. Dus hoe heter de stof, hoe groter de snelheid van de moleculen. Hoe kouder het is, hoe lager de snelheid van de moleculen. Daarom zal diffusie in vloeistoffen sneller verlopen bij hoge temperatuur.

Literatuur:

1. AV Peryshkin. Natuurkunde leerjaar 7. M.: Trap, 2011.
2. Bibliotheek "Eerste september". M.: "Eerste september", 2002.
3. Biofysica bij natuurkundelessen. Uit werkervaring. M., "Verlichting", 1984.

Aandacht! De sitebeheersite is niet verantwoordelijk voor de inhoud van methodologische ontwikkelingen, noch voor de naleving van de ontwikkeling van de federale staatsonderwijsnorm.

• Deelnemer: Holosha Darya Olegovna
• Hoofd: Panova Lyudmila Valentinovna

Het doel is om vast te stellen wat de diffusiesnelheid in een vloeistof bepaalt.

Diffusie-experimenten

Diffusie- een fenomeen waarbij er een wederzijdse penetratie is van moleculen van de ene stof tussen de moleculen van een andere (handboekdefinitie).

Doelwit- vaststellen wat de diffusiesnelheid in een vloeistof bepaalt.

Diffusie wordt verklaard door de continue beweging van de moleculen van een stof, de bewegingssnelheid is afhankelijk van de temperatuur. Dat is waarom hypothese– de diffusiesnelheid in een vloeistof is afhankelijk van de temperatuur.

Apparatuur: een glas koud en warm water, kaliumpermanganaat, spatel.

Veiligheid: Ga voorzichtig om met heet water en glaswerk.

Beschrijving van de voortgang en resultaten van het experiment.

1. Neem twee glazen koud en warm water.
2. Giet met een spatel kaliumpermanganaat en observeer het fenomeen.

Toen ik het fenomeen diffusie observeerde in een glas koud en warm water, zag ik dat het diffusieproces sneller verloopt in warm water dan in koud water. De hypothese werd bevestigd.

Overzicht van de toepassing van het beschouwde fenomeen in de praktijk: de afhankelijkheid van de diffusiesnelheid van de temperatuur wordt in veel technologische processen gebruikt: thee of koffie zetten, zouten, jam koken, stoffen verven, dingen wassen.

Het fenomeen diffusie is gebaseerd op het proces van metallisatie - het oppervlak van een product bedekken met een laag metaal of legering om het fysieke, chemische en mechanische eigenschappen te geven. Het wordt gebruikt om producten te beschermen tegen corrosie, slijtage, voor decoratieve doeleinden. Dus carboneren wordt gebruikt om de hardheid en hittebestendigheid van stalen onderdelen te vergroten. Stalen onderdelen worden in een doos met grafietpoeder geplaatst, die in een thermische oven wordt geïnstalleerd. Door diffusie dringen koolstofatomen door in de oppervlaktelaag van de onderdelen. De indringdiepte is afhankelijk van de temperatuur en de inwerktijd van de onderdelen in de thermische oven. Het wordt ook gebruikt bij het smelten van veel metalen, zoals staal.

Overzicht van waarnemingen van het fenomeen in de natuur: plantenvoeding, zuurstofverzadiging van water, homogene samenstelling van de atmosfeer, fysiologische processen in het menselijk lichaam (ademhaling en spijsvertering).

• De eerste kwantitatieve beschrijving van diffusieprocessen werd gegeven door de Duitse fysioloog A. Fick in 1855.
• In 1638 bracht ambassadeur Vasily Starkov 4 pond gedroogde bladeren als geschenk aan tsaar Mikhail Fedorovich van de Mongoolse Altyn Khan. Moskovieten hielden erg van deze plant en gebruiken hem nog steeds met veel plezier. Het was thee, het brouwproces is diffusie.
• Verspreiding wordt niet alleen gevonden in het leven, het dagelijks leven, maar ook in sprookjes, spreekwoorden, gezegden.

- Het oude Assyrische verhaal “Koning Zimaar”: “De koning had een slimme adviseur Ayaz, voor wie hij veel respect had. Zoals gewoonlijk in dergelijke gevallen gebeurt, had Ayaz vijanden die hem voor de koning belasterden, en hij, nadat hij naar hen had geluisterd, zette hem gevangen. Toen zijn vrouw naar Ayaz kwam, zei hij haar een grote mier te vangen, een sterke draad van veertig meter lang aan zijn poot te binden, een even lang touw aan het vrije uiteinde te binden en de mier langs de buitenmuur van de gevangenis in de aangegeven plaats. Zoals Ayaz zei, deed de vrouw dat ook. Ayaz brokkelde zelf suiker af op het raam van de cel en de mier kwam, door de geur van suiker, bij de cel waar Ayaz zat. Het was dit fenomeen dat Ayaz redde en de mier hielp de camera te vinden.

- Spreekwoorden en gezegden die alleen verklaard kunnen worden door kennis van het fenomeen diffusie.

1. Een vlieg in de zalf.
2. Gehakte ui ruikt en verbrandt de ogen meer
3. Een groentewinkel heeft geen bord nodig.

Experimenten met de wrijvingskracht

De ervaring is beschreven in het leerboek A.V. Peryshkin "Physics 7th grade": een leerboek voor onderwijsinstellingen / A.V. Peryshkin. – M.: Trap, 2012.

Wanneer het ene lichaam in contact komt met het andere, vindt er een interactie plaats die hun relatieve beweging verhindert, wat wrijving wordt genoemd. En de kracht die deze interactie kenmerkt, wordt de wrijvingskracht genoemd. (uit leerboek)

Er zijn drie soorten wrijving: statische wrijving, glijdende wrijving, rollende wrijving.

In UMK Peryshkina A.V. alleen de afhankelijkheid van de wrijvingskracht van het gewicht van het lichaam is onderzocht, we hebben experimenten toegevoegd die indirect worden genoemd (afhankelijkheid van het oppervlak, van het type wrijvende oppervlakken).

Doelwit- zoek uit waar de kracht van glijdende wrijving van afhangt.

Apparatuur: houten blok, rollenbank, set gewichten, schuurpapier, geleiderail.

Hypothese. De wrijvingskracht hangt af van het contactoppervlak van het oppervlak, van het gewicht van het lichaam, van het type contactoppervlakken.

: wees voorzichtig met de uitrusting.

1. Plaats een houten blok op de geleiderail.
2. Bevestig een dynamometer aan de balk en trek deze gelijkmatig. De dynamometer zal een trekkracht tonen die gelijk is aan de wrijvingskracht. Schrijf het resultaat op.

F tr = 0.3N

1. Draai de balk naar de andere kant en meet de rollen op de rollenbank.

F tr = 0.3N

Conclusie: de kracht van glijdende wrijving is niet afhankelijk van het contactgebied tussen de lichamen.

1. Meet de kracht van glijdende wrijving met één gewicht en twee gewichten.

F tr = 0.3N

F tr = 0,5N (1 belasting)

F tr = 0,6 N (2 gewichten)

Conclusie: hoe groter de kracht die het lichaam naar de oppervlakte drukt (lichaamsgewicht), hoe groter de resulterende wrijvingskracht.

1. Meet de kracht van glijdende wrijving met één lading op schuurpapier.

F tr = 0.3N

F tr \u003d 0,6 N (op schuurpapier)

Conclusie: de wrijvingskracht is afhankelijk van het soort contactoppervlakken (oppervlakteruwheid)

: zonder rustwrijving zouden noch mensen noch dieren op de grond kunnen lopen, omdat bij het lopen de benen van de grond worden afgestoten. Tijdens ijzige omstandigheden is er weinig wrijving tussen de zool van de schoen en de grond, het is erg moeilijk om van de grond af te duwen en de voeten glijden weg. Om de wrijvingskracht tussen de zool van de schoen en het ijs te vergroten, worden trottoirs bestrooid met zand. Wrijving zorgt voor bevestiging van verschillende materialen, onderdelen van gereedschappen, verschillende apparaten, constructies. Door de wrijving tussen de draden spreiden stoffen zich niet uit, hamers, bijlen, schoppen en ander gereedschap worden aan de handvatten vastgehouden. Bouten met moeren, spijkers, schroeven, wiggen, bevestigen delen van constructies door wrijving. Wrijving helpt een persoon om voorwerpen in zijn handen te houden. Zonder de wrijving van de strijkstok tegen de snaren zou het onmogelijk zijn om viool of cello te spelen.

Veel planten en dieren hebben verschillende organen die dienen om te grijpen (de antennes van planten, de slurf van de olifant, de hardnekkige staarten van klimmende dieren). Ze hebben allemaal een ruw oppervlak om de wrijvingskracht te vergroten.

Onder levende organismen zijn aanpassingen gebruikelijk (wol, borstelharen, schubben, spikes die schuin op het oppervlak zijn geplaatst), waardoor de wrijving klein is bij beweging in de ene richting en groot bij beweging in de tegenovergestelde richting. De beweging van de regenworm is gebaseerd op dit principe. De naar achteren gerichte borstelharen passeren het lichaam van de worm vrij naar voren, maar belemmeren de omgekeerde beweging. Bij verlenging van het lichaam beweegt het hoofdgedeelte naar voren, terwijl het staartgedeelte op zijn plaats blijft, met een samentrekking wordt het hoofdgedeelte vertraagd en wordt het staartgedeelte er naar toe getrokken.

Aanzienlijke wrijving is essentieel voor de werkoppervlakken van de bewegingsorganen. Een noodzakelijke voorwaarde voor beweging is een betrouwbare hechting tussen het bewegende lichaam en de drager. Grip wordt bereikt door punten op de ledematen of door kleine onregelmatigheden, bijvoorbeeld borstelharen, schubben, knobbeltjes. Aanzienlijke wrijving is ook vereist voor de grijporganen. Hun vorm is interessant: dit zijn ofwel een tang die het object van twee kanten vastlegt, ofwel strengen die het omhullen. De hand combineert de werking van een tang en volledige dekking van alle kanten; de zachte huid van de handpalm hecht goed aan de ruwheid van voorwerpen die moeten worden vastgehouden.

De aanwezigheid van interessante feiten over het fenomeen in kwestie:

• Leonardo da Vinci (1519) was de eerste die de wrijvingswetten formuleerde. Hij betoogde dat de wrijvingskracht die ontstaat door het contact van een lichaam met het oppervlak van een ander lichaam evenredig is met de belasting (drukkracht), gericht tegen de bewegingsrichting en niet afhankelijk is van het contactoppervlak. Leonardo's model werd 180 jaar later herontdekt door G. Amonton en kreeg zijn definitieve formulering in de werken van Sh.O. Coulomb (1781). Amonton en Coulomb introduceerden het concept van de wrijvingscoëfficiënt als de verhouding van de wrijvingskracht tot de belasting, waardoor het de waarde krijgt van een fysieke constante die de wrijvingskracht volledig bepaalt voor elk paar contactmaterialen.
• De aard van de wrijvingskracht is elektromagnetisch. Dit betekent dat de oorzaak van het optreden ervan de interactiekrachten zijn tussen de deeltjes waaruit de stof bestaat. De tweede reden voor de wrijvingskracht is de oppervlakteruwheid. De uitstekende delen van de oppervlakken raken elkaar en verhinderen de beweging van het lichaam. Daarom is voor beweging op gladde (gepolijste) oppervlakken minder kracht nodig dan voor beweging op ruwe.
• Spreekwoorden en gezegden: (verzameld door studenten).

1. Als je niet smeert, ga je niet;
2. Dingen gingen als een uurwerk;
3. Je kunt een paling niet in je handen houden;
4. Maai de zeis terwijl de dauw, neer met de dauw, en we zijn thuis;
5. Een vrouw uit een kar is makkelijker voor een merrie;

• Teflon heeft de laagste wrijvingscoëfficiënt voor een vast lichaam (0,02). Elke moderne mens heeft potten en pannen met een antiaanbaklaag van teflon in de keuken.

Experimenten met thermische geleidbaarheid

De ervaring is beschreven in het leerboek A.V. Peryshkin “Natuurkunde 8e leerjaar”: een leerboek voor onderwijsinstellingen / A.V. Peryshkin. – M.: Trap, 2012.

Warmtegeleiding- het fenomeen van de overdracht van interne energie van het ene deel van het lichaam naar het andere of van het ene lichaam naar het andere tijdens hun directe contact. (uit leerboek)

Alle metalen hebben een andere structuur, dus ze moeten warmte op verschillende manieren overbrengen.

Een hypothese naar voren brengen. De thermische geleidbaarheid van verschillende metalen moet verschillend zijn.

Doelwit- observeer de thermische geleidbaarheid van metalen.

Apparatuur: aluminium en koperen staven, plasticine, naalden, een kaars, lucifers, twee statieven.

Beschrijving en naleving van veiligheidsmaatregelen tijdens de pilotstudie: neem veiligheidsmaatregelen in acht bij het werken met een kaars.

Beschrijving van de voortgang en resultaten van het experiment:

1. Bevestig met plasticine naalden op de staven.
2. Bevestig de staven aan het statief.
3. Steek een kaars aan en verwarm de staven.
4. Let op de naalden op de staaf.

Waarnemingen toonden aan dat de naalden van de aluminium staaf sneller begonnen af ​​te vallen dan van de koperen.

Conclusie: de thermische geleidbaarheid van verschillende metalen is niet hetzelfde.

Overzicht van de toepassing van het beschouwde fenomeen in de praktijk: Vaak is het tijdens de warmtebehandeling van het product noodzakelijk om een ​​hoge temperatuur te handhaven, daarom worden metalen in de keuken gebruikt, omdat hun thermische geleidbaarheid en sterkte hoger zijn dan bij andere materialen. Voor hete thee, om jezelf niet te verbranden, kies je tussen een metalen of porseleinen kopje, je moet een porseleinen kopje kiezen.

Potten, pannen, bakplaten en andere gebruiksvoorwerpen zijn gemaakt van metaal. Een goed voorbeeld van het gebruik van materialen met een hoge warmtegeleiding in de keuken is het fornuis. Elektrische kachelbranders zijn bijvoorbeeld gemaakt van metaal om te zorgen voor een goede warmteoverdracht van de hete spoel van het verwarmingselement naar de pot of pan.

Mensen gebruiken materialen met een lage thermische geleidbaarheid tussen handen en keukengerei om brandwonden te voorkomen. De handvatten van veel potten zijn gemaakt van plastic en de trays worden uit de oven verwijderd met ovenwanten van doek of plastic met een lage thermische geleidbaarheid. Koper heeft een goede thermische geleidbaarheid en wordt gebruikt in soldeerbouten.

Overzicht van waarnemingen van het betreffende fenomeen in de natuur: sneeuw beschermt wintergewassen tegen bevriezing; lucht, ijs, sneeuw, vet zijn slechte warmtegeleiders - dit redt het leven van veel dieren die in bossen en wateromgevingen leven (korhoenders slaapt in de winter en steekt zijn kop in de sneeuw). In de winter zijn waterlichamen bedekt met ijs, wat hun verdere bevriezing voorkomt, veel vertegenwoordigers van de waterfauna overleven.

De aanwezigheid van interessante feiten over het fenomeen in kwestie:

• Jean Baptiste Joseph Fourier introduceerde het concept van "thermische geleidbaarheid".
• Grote moeilijkheden voor de bouwers van gebouwen worden geleverd door de verzakking van de fundering, vooral in regio's met permafrost. Huizen barsten vaak door het ontdooien van de grond eronder.De fundering geeft een deel van de warmte af aan de grond. Daarom werden gebouwen op palen gebouwd. In dit geval wordt warmte alleen overgedragen door thermische geleidbaarheid van de fundering naar de paal en verder van de paal naar de grond. Waar moeten palen van gemaakt worden? Het blijkt dat palen gemaakt van duurzaam massief materiaal van binnen met kerosine moeten worden gevuld. In de zomer geleidt de paal de warmte namelijk slecht van boven naar beneden. vloeistof heeft een lage thermische geleidbaarheid. In de winter zal het juist door de convectie van de vloeistof in de paal juist bijdragen aan extra afkoeling van de bodem.Zo'n project is inmiddels ontwikkeld en getest!
• Italiaanse wetenschappers hebben een shirt uitgevonden waarmee je een constante lichaamstemperatuur kunt behouden. Wetenschappers beloven dat het in de zomer niet heet en in de winter koud zal zijn, omdat het van speciale materialen is gemaakt. Soortgelijke materialen worden al gebruikt in ruimtevluchten.
• In de oude machinegeweren beschermde "Maxim" verwarmingswater het wapen tegen smelten.
• Het hieronder beschreven fenomeen demonstreert de eigenschap van metalen om warmte goed te geleiden.

Als je een gaas van draad maakt, zorgt voor een goede metalen verbinding op de plaatsen waar de draad elkaar kruist, en deze boven de gasbrander plaatst, dan kun je het gas boven het gaas ontsteken als de klep is ingeschakeld, terwijl het niet zal branden onder het net. En als je het gas onder het rooster aansteekt, dan "lekt" het vuur niet door het rooster omhoog!

In die tijd, toen er nog geen elektrische mijnwerkerslampen waren, gebruikten ze de Davy-lamp.

Het was een kaars "geplant" in een metalen kooi. En zelfs als de schacht was gevuld met ontvlambare gassen, was de Davy-lamp veilig en veroorzaakte hij geen explosie - de vlam ging niet verder dan de lamp, dankzij het metalen gaas.