Старт в науке. Диффузия и ее виды Формула диффузии в физике

Чтобы понять, от чего зависит диффузия, рассмотрим факторы, которые на нее влияют.

Диффузия зависит от температуры . Скорость диффузии будет увеличиваться с увеличением температуры, потому что при повышении температуры будет увеличиваться скорость движения молекул, то есть молекулы будут быстрее перемешиваться. (Вы все знаете, что в холодной воде сахар расстворяется очень долго)

А при добавлении внешнего воздействия (человек размешивает сахар в воде) диффузия будет протекать быстрее. Агрегатное состояние вещества тоже будет влиять на то, от чего зависит диффузия, а именно на скорость диффузии. Тепловая диффузия зависит от вида молекул. Например, если предмет металлический, то тепловая диффузия протекает быстрее, в отличие от того, если бы этот предмет был сделан из синтетического материала. Очень медленно протекает диффузия между твердыми материалами.

Итак скорость диффузии зависит от: температуры, концентрации, внешних воздействий, агрегатного состояния вещества

Диффузия имеет огромное значение в природе и в жизни человека.

Примеры диффузии

Чтобы лучше разобраться, что такое диффузия, рассмотрим ее на примерах.Давайте вместе приведем примеры процесса диффузии в газах. Варианты проявления этого явления могут быть таковыми:

Распространение запаха цветов;

Распространение запаха курочки гриль, которая так нравится щенку Антошке;

Слезы из-за нарезания лука;

Шлейф духов, который можно почувствовать в воздухе.

Промежутки между частицами в воздухе довольно большие, частицы двигаются хаотично, поэтому диффузия газообразных веществ происходит достаточно быстро.

Простой и доступный каждому пример диффузия твердых тел – это взять два куска разноцветного пластилина и разминая их в руках, наблюдать, как смешиваются цвета. А, соответственно, без внешнего воздействия, если просто прижать два куска друг к другу, потребуются месяцы или даже годы, чтобы два цвета хоть немного перемешались, так сказать, проникли один в одного.

Варианты проявления диффузия в жидкостях могут быть таковыми:

Растворение капли чернил в воде;

- "Белье полиняло" окрас мокрых тканей;

Соление овощей и варка варенья

Итак, диффузией является перемешивание молекул вещества при их беспорядочном тепловом движении .

В общеобразовательной школе каждый семиклассник обязательно знакомится по физике с различными явлениями, которые можно встретить как в повседневной жизни, так и в промышленных условиях.

Данная статья посвящена диффузии. Изначально этот термин может показаться пугающим, чем-то необычным. На самом деле, он является одним из часто встречающихся явлений, точнее даже сказать, что оно постоянно и всюду имеет место. Давайте с вами рассмотрим, что такое диффузия в физике, заодно приведем множество примеров, которые дадут понять: нет ничего сложного, а тема по школьному предмету довольно простая и интересная.

Определение диффузии

В разных источниках можно встретить разную формулировку, но такую, которая не теряет свой первоначальный смысл.

Диффузия - явление, при котором молекулы одного вещества проникают в молекулы другого вещества. Школьнику может показаться эта фраза слишком непонятной и сложной. Но на самом деле, все достаточно легко. Как известно, молекула - мельчайшая частица любого вещества (она есть даже у воздуха, газа). Каждая молекула соединяется между собой структурными связями. Чем плотнее структура, тем тверже тело. Таким образом, проникновение молекул одного вещества в молекулы другого будет проще в случае, когда структура наиболее простая или же молекулы существуют свободно.

Вот почему так звучит определение. Что такое диффузия в физике? Проще говоря: соединение, проникновение двух веществ друг в друга. В итоге образуется единое целое.

Газ и воздух

Давайте начнем с рассмотрения примеров, посвященных простым молекулярным соединениям как газы. Дело в том, что воздух легче всего поддается изменениям. Например, вы распылили в комнате духи. Моментально или через несколько секунд уже чувствуется аромат. В данном случае мы уже можем ответить на вопрос о том, что такое диффузия.

В физике все вещества подразделяются на три основных состояния:

• газообразное;
• жидкое;
• твердое.

Соответственно, газообразное состояние способно на достаточно быструю реакцию.

Приведем еще пример: запах краски, распространяющейся вокруг во время покраски изделий. Выхлопные газы автомобилей также являются диффузией в окружающей среде, поэтому, к сожалению, страдает экология, загрязнен воздух в больших и маленьких городах.

Стоит отметить, что воздух подвижен, его молекулы постоянно перемещаются. Поэтому диффузия с какими-либо посторонними газообразными веществами происходит постоянно.

Вода

А теперь рассмотрим кратко, что такое диффузия в физике в отношении Представим себе сосуд с водой. В него добавим немного марганцовки или красящего вещества. Процесс можно наблюдать до тех пор, пока вода полностью не окрасится. Следует отметить, что диффузия происходит намного быстрее в горячей воде. Это может продемонстрировать обыкновенная чашка с чаем или кофе. Если в горячую воду добавить сахар, то он быстро растворится. При добавлении сливок в горячий кофе тоже происходит быстрое слияние кофе и воды, а также сливок.

При варке супов, бульонов и соусов тоже наблюдается диффузия. Следует отметить, что термическая обработка пищи (а именно варка) происходит чаще всего именно потому, что нужно соединить одно вещество с другим. Допустим, куриный бульон не получится в холодной воде, ведь мясной сок должен взаимодействовать с горячей водой.

Твердые изделия в промышленности

Существует такое состояние веществ, когда невозможно определить, твердое оно или жидкое. Имеется в виду не самое а совокупность. Например, тесто для блинов, жидкая глина, густые масла. Что такое диффузия в физике по отношению к подобным изделиям? Проникновение молекул также сохранится. Например, при изготовлении сплавов, пластмасс применяются в жидком состоянии различные материалы, которые по своей естественной природе твердые. Но при нагревании они становятся жидкими, их молекулы способны проникать одни в другие, то есть будет диффузия. Таким образом, существует множество прочных стальных, пластиковых изделий, материалов.

Диффузия в твердых телах

Ранее мы рассмотрели определение, что такое диффузия в физике, теперь знаем. Согласно логике, в твердых веществах диффузии быть не может. Отчасти это так. Но есть сведения, что при постоянном хранении вместе некоторых веществ они становятся единым целым.

Например, если вместе поместить в один ящик свинец и золото так, чтобы они были тесно прижаты друг к другу, то примерно через 5 лет они соединятся своими поверхностями. Поэтому, отвечая на вопрос о том, что такое диффузия в физике, будем рассматривать абсолютно все вещества, но только одного состояния.

Химические процессы

В заключение стоит отметить, что явление диффузии изучается и в химии, и даже в биологии. Поэтому с этим термином можно столкнуться не только по физике. Химики в лабораториях постоянно проводят различные опыты, в которых без подобного процесса не обойтись. Но основная тема рассматривается в 7 классе. Что такое диффузия в физике и химии? Это достаточно часто встречающееся явление в природе и в быту, а также при производстве чего-либо.

Цели урока:

Обучающие: закрепить знания учеников по заданной теме, научить их понимать и описывать поведение молекул вещества в различных агрегатных состояниях, объяснить значение процесса диффузии в природе и жизни человека.

Воспитательные: продолжить формирование у учащихся способности к научному мышлению.

Образовательные: привить ученикам умение сопоставлять увиденные в природе явления с полученными знаниями о различных физических законах.

Основные термины:

Агрегатное состояние вещества – это состояние вещества, которое можно охарактеризовать набором определенных свойств (например, сохранение или неспособность к сохранению объема, формы и т.д.).

Диффузия

Понятие агрегатного состояния вещества.

Мир, окружающий нас, сложен и изменчив. В то же время, мы способны заметить, что безграничное разнообразие мира – не такое уж и безграничное. Мы часто видим одни и те же вещества в различных состояниях.

Самый простой пример, на котором я смогу доказать правдивость своих слов – это вода. Ее проще всего увидеть в разных состояниях – это пар, или туман, это лед или снег, это жидкость, бегущая из-под крана в кухне. Какими бы ни были особенности воды в той или иной форме, она всегда остается водой – ее состав не меняется. Это все те же 2 молекулы водорода и 1 молекула кислорода .

Если и дальше использовать взятый нами пример, то мы можем проследить, что эти 3 состояния воды зависят от определенных внешних условий. Так, вода замерзает при 0 градусов, превращаясь в лед, и вода закипает при 100 градусах, превращаясь в пар. Вот эта фотография наглядно демонстрирует все 3 состояния воды:

Рис. 1: 3 агрегатные состояния воды

Итак, какие же выводы мы можем сделать, хорошенько подумав о приведенном нами примере? Они будут такими:

Агрегатное состояние вещества – это состояние вещества, которое можно охарактеризовать набором определенных свойств (например, сохранение или неспособность к сохранению объема, формы и т.д.) при определенных условиях.

Не только вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Это присуще всем веществам.

Иногда к трем вышеперечисленным агрегатным состояниям, добавляют еще и четвертое – плазму. О том, как выглядит плазма, вы пожжете получить представление из следующего рисунка:

Рис. 2: плазменная лампа

но о плазме более подробно вы узнаете на уроках физики и химии в старших классах.

Процесс диффузии

Как все мы уже успели узнать, все вещества состоят из мельчайших частичек – ионов, атомов, молекул, которые пребывают в постоянном движении. Именно это движение и становится причиной, по которой возникает процесс диффузии.

Диффузия - это процесс, заключающийся во взаимном проникновении молекул веществ в промежутки между молекулами в других веществах.

Давайте более подробно рассмотрим диффузию в различных агрегатных состояниях.

Диффузия в газах

Давайте вместе приведем примеры процесса диффузии в газах. Варианты проявления этого явления могут быть таковыми:

Распространение запаха цветов;

Слезы из-за нарезания лука;

Шлейф духов, который можно почувствовать в воздухе.

Промежутки между частицами в воздухе довольно большие, частицы двигаются хаотично, поэтому диффузия газообразных веществ происходит достаточно быстро.

Давайте посмотрим видео, демонстрирующее этот процесс:

Диффузия в жидкостях.

Частички веществ в жидкостях, а это чаще всего ионы веществ, взаимодействуют между собой достаточно сильно. В то же время, расстояние между ионами достаточно большое, что позволяет частичкам легко смешиваться.

На следующей видео картинке видно, как проходит процесс диффузии в жидкостях. Частички краски, попадая на поверхность воды, легко диффундируют, то есть – проникают в воду.

Рис. 3: частички краски распространяются в воде.

Этот же процесс, но уже в динамике, вы можете наблюдать на видео на примере растворения кристаллов перманганата калия:

Диффузия в твердых телах.

Твердые тела могут иметь различное строение и состоять из молекул, атомов или ионов . В любом случае, вне зависимости от того, из каких микрочастиц состоит тело, взаимодействие этих частиц друг с другом очень сильно. Не смотря на то, что они, эти частицы, все же движутся, но эти движения очень незначительны. Промежутки между частицами маленькие, поэтому другим веществам трудно проникнуть между ними. Процесс диффузии в твердых телах проходит очень медленно и незаметно для невооруженного глаза.

Давайте посмотрим видео об этом:

Узнав об особенностях протекания процесса диффузии в различных агрегатных состояниях, мы увидели, что процесс не одинаково быстр. От чего же зависит скорость диффузии? Один из ответов на этот вопрос у нас уже есть – скорость протекания процесса диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.

Мы с вами также знаем, что частички веществ начинают двигаться быстрее с увеличением температуры. Значит ли это, что и процесс диффузии будет ускоряться при повышении температуры? Ответ очевиден. Для подтверждения давайте просмотрим видео:

Интенсивность диффундирования одного вещества в другое также зависит и от концентрации этих веществ, и от внешних воздействий (например, если просто капнуть раствор йода в воду и если его еще и перемешать, то скорость приобретения раствором однородного цвета будет разной).

Выводы

1.Агрегатное состояние вещества – это состояние вещества, которое можно охарактеризовать набором определенных свойств (например, сохранение или неспособность к сохранению объема, формы и т.д.) при определенных условиях. Не только вода может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Это присуще всем веществам.

2.Диффузия - это процесс, заключающийся во взаимном проникновении молекул веществ в промежутки между молекулами в других веществах.

3.Скорость диффузии зависит от: температуры, концентрации, внешних воздействий, агрегатного состояния вещества.

Трудно переоценить процесс диффузии в жизни человека. Например, проникновение кислорода через тончайшую стенку альвеол в капилляры легких осуществляется именно благодаря диффузии. Стенки альвеол очень тонкие, с физической точки зрения, альвеолярная стенка – это полупроницаемая мембрана. Концентрация кислорода в атмосферном воздухе гораздо выше его концентрации и капиллярной крови, вот потому кислород и поникает сквозь полупроницаемую мембрану – туда, где его меньше. Благодаря диффузии мы дышим.

Также этот процесс частично обеспечивает проникновение питательных веществ из пищеварительной системы в кровь и действие многих лекарств.

На рисунке схематически показано, как всасываются питательные вещества в кишечнике человека.

Рис. 4: тонкий кишечник млекопитающего

Список литературы

Урок на тему: «Диффузия в газах, жидкостях, твердых телах», автор Селезнева А. М., МОУ СОШ №7 г. Боярка, Киевской обл.

Перышкин А. В. «Физика 7-й класс», Москва, Дрофа, 2006 г.

Родина Н. А., Громов С. В., «Физика», М., Мир, 2002 г.

Отредактировано и выслано Борисенко И.Н .

Над уроком работали:

Любой объект или вещество материального мира состоят из мельчайших молекул - и те пребывают в непрерывном движении. В повседневной жизни мы часто наблюдаем процесс смешения некоторых веществ, жидкостей или газов - например, видим, как кофе растворяется в воде, чувствуем, как запах распространяется по комнате, и так далее. Физически эти процессы обусловлены именно смешением молекул двух веществ - и называется такое смешение диффузией .

Диффузия - из-за чего она происходит, и какой бывает?

При температуре окружающей среды выше абсолютного нуля - то есть, при любых условиях на Земле - молекулы веществ непрерывно хаотично двигаются, перемещаются в пространстве, сталкиваются и меняют свое направление. Обусловлено это тем, что все в природе стремится к равновесию.

Если в одном уголке комнаты велика концентрация молекул какого-либо газообразного вещества, то эти молекулы будут стремиться проникнуть в незанятое пространство. А молекулы двух жидкостей, если одновременно налить их в стакан, попытаются занять все доступное место - и соответственно, перемешаются.

Диффузию дополнительно ускоряют внешние воздействия и повышение температуры - при высокой температуре процесс происходит быстрее.

Диффузия и агрегатные состояния тел

Процесс смешения происходит между молекулами практически любых тел и веществ, в каком бы агрегатном состоянии они ни находились. Но конечно, состояние влияет на скорость диффузии.

• Быстрее всего перемешиваются между собой молекулы газов. Этот феномен мы наблюдаем ежедневно, пользуясь освежителем воздуха или готовя вечерний ужин на плите - запахи распространяются по помещению мгновенно.
• Медленнее, чем газы, но все равно быстро, перемешиваются жидкости. Например, холодное молоко растворится в горячем кофе за пару минут, при помешивании - намного быстрее. В школе на уроках физики ученикам демонстрируют эксперимент с медным купоросом - синюю жидкость добавляют в воду, и через несколько дней раствор приобретает равномерный голубоватый оттенок.
• Медленнее всего происходит диффузия в твердых телах. Однако процесс все равно идет, и это неоднократно доказано опытами. Например, если положить друг на друга и плотно прижать два бруска металла, то через несколько лет между ними образуется тонкий слой, в котором молекулы обоих металлов будут перемешаны друг с другом. Диффузия мягких металлов происходит быстрее, твердых - намного медленнее.