Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Движение молекул. Диффузия

• Почему запах духов распространяется по всей комнате? Могут ли «срастись»  два  кусочка металла? От  чего  зависит  скорость  движе­ния  атомов  и  молекул? На  эти  и  другие  вопросы  вы  сможете  ответить,  прочитав  этот  параграф.

1.Знакомимся с тепловым движением

В  соответствии  с  современными  представлениями,  атомы  и  молеку­лы,  из  которых  состоит  вещество,  находятся  в  беспрерывном  хаотичес­ком движении.  Такое движение называется тепловым.

Тепловое  движение  невозможно  увидеть  невооруженным  глазом,  ведь размеры молекул  очень малы.

Однако существует много физических явлений,  объяснить которые мож­но только опираясь на тот факт,  что молекулы постоянно двигаются.

Рис. 2.15. Воспользовавшись во­ронкой с длинным носиком, можно аккуратно налить раствор медного купороса на дно стакана с водой

Рис. 2.16. Наблюдение явления диффузии в жидкостях: в результате диффузии резкая граница между раствором
медного купороса и водой постепенно исчезает

2. Вспоминаем определение диффузии

Бесспорным  доказательством  движения  молекул  служит  физичес­кое  явление,  хорошо  известное  вам  из  курса  природоведения,—  диффузия (от лат.  diffusio —  распространение,  растекание).

Напомним,  что диффузией  называют  взаимное  проникновение  соприка­сающихся веществ друг в друга, происходящее в результате теплового  (ха­отического)  движения молекул  (атомов).

3. Наблюдаем диффузию в газах и жидкостях

Вспомните,  что происходит,  если  где-то в  комнате разлить ароматное вещество,  например  духи,—  его  запах  в  скором  времени  будет  ощущаться повсюду.  Это  значит,  что молекулы ароматного вещества,  двигаясь,  попада­ют  в  промежутки  между  молекулами  воздуха,  которым  заполнена  комна­та,  т.  е.  наблюдается диффузия.  Именно  в результате диффузии  в  газах мы ощущаем  запах  свежеиспеченного  хлеба  из  булочной  или  запах  прогретой солнцем травы.

Диффузию можно наблюдать и в жидкостях. Проведем такой опыт. В про­зрачный  сосуд  с  чистой  водой  с  помощью  воронки  нальем  раствор  медного купороса так,  чтобы жидкости не смешались  (рис.  2.15). Сначала мы  наблю­даем  резкую  границу  между  водой  и  раствором  медного  купороса.  Оставив сосуд в покое на несколько дней, мы увидим, что вся жидкость в сосуде при­обрела бирюзовый цвет (рис. 2.16). Причем перемешивание жидкостей произо­шло без вмешательства извне. Схематически процесс диффузии изображен на
рис.  2.17. Многочисленные опыты  свидетельствуют,  что диффузия в жидкос­тях протекает  значительно медленнее,  чем  в  газах.  Еще  медленнее  происхо­дит диффузия в твердых телах. Почему? Ответ на этот вопрос следует искать в особенностях расположения молекул газов, жидкостей и твердых  тел.

4. Выясняем, как связаны скорость движения молекул и температура

Приготовим два сосуда,  как  показано на рис.  2.15.  Один  из  сосудов  поставим  в  теплое место,  второй  —  в  холодное.  Посмотрев  через некоторое  время  на  сосуды,  мы  убедимся,  что в теплом растворе диффузия произошла намно­го быстрее.

В случае повышения  температуры скорость диффузии в  газах  также увеличивается.

Зависимость  скорости  диффузии  от  тем­пературы  особенно  заметна  для  твердых  тел. Так, английский металлург Вильям Роберт Ос­тин провел следующий опыт. Он наплавил тон­кий  диск  золота  на  свинцовый  цилиндр  (рис. 2.18,  а) и  на несколько дней поместил  этот ци­линдр в печь,  где поддерживалась температура
около  400 °С.  Оказалось,  что  золото  продиффундировало через весь цилиндр  (рис.  2.18,  б); тем временем при комнатной температуре диф­фузия практически  не наблюдалась.

Таким образом, мы выяснили, что чем выше температура вещества,  тем быстрее происходит диффузия,  т.  е.  молекулы  быстрее двигаются.

Довольно  сложные  эксперименты  показыва­ют,  что  при любой  температуре  в  веществе  есть молекулы,  двигающиеся  довольно  медленно, и молекулы,  скорость которых высока. Если  ко­личество молекул вещества,  имеющих высокую скорость,  увеличивается,  т.  е.  увеличивается средняя скорость молекул, то это значит,  что
температура вещества также увеличивается.

5. Узнаем о диффузии в природе и ее применении в технике

Явление диффузии очень распространено в  природе.  Благодаря  диффузии  углекислый газ  попадает  в  листву  растений;  кислород  из воздуха —  на дно водохранилищ;  питательные вещества впитываются в кишечнике;  кислород из легких попадает в кровь, а из крови — в тка­ни и т.  д.

Диффузию  широко  применяют  в  технике. Одним из примеров является диффузное свари­вание  металлов.  Куски  металлов  крепко  при­жимают  друг  к  другу,  нагревают  до  высокой температуры,  но  ниже  температуры  плавления.  В месте  соединения проис­ходит диффузия,  и куски металлов как  будто  срастаются.

Рис. 2.17. Схематическое изображение процесса диффу­зии: молекулы одной жидкости проникают в промежутки между молекулами другой и в результа­те со временем жидкости полно­стью перемешиваются

Рис. 2.11  Опыт по наблюдению диффузии в твердых телах: а —  свинцовый цилиндр с напаян­ной золотой пластинкой; б — тот же цилиндр в конце опыта

• Подводим итоги

Атомы  и  молекулы,  из  которых  состоит  вещество,  находятся  в  бес­прерывном  хаотическом  движении.  Такое  движение  называется  тепловым, поскольку  увеличение  температуры  вещества  соответствует  увеличению средней скорости движения  его молекул  (атомов).

Одним из доказательств движения частиц вещества является физическое явление,  которое называется диффузией. Диффузия —  взаимное проникно­вение  соприкасающихся  веществ  друг  в  друга,  происходящее  в  результате теплового хаотического движения молекул  (атомов).

• Контрольные вопросы 

1.  Что  называют  тепловым  движением? 

2.  Дайте  определение  диф­фузии. 

3.  Приведите примеры диффузии  в  газах,  жидкостях и  твер­дых  телах. 

4.  От  чего  зависит  скорость  диффузии?  Объясните  при­чины этой зависимости. 

5.  Приведите примеры диффузии в природе.

Упражнения 

1.  В чем отличие холодной воды от  горячей на  «молекулярный взгляд»?
2. В  каком  состоянии  вещества  (газообразном,  твердом  или  жидком) диффузия происходит быстрее? Почему?
3. Углекислый  газ  более  тяжелый,  чем  другие  газы,  однако  он  при­сутствует в верхних  слоях атмосферы. Объясните  это явление.
4. Запрещено  перевозить  вместе  с  пищей  такие  вещества,  как  керо­син,  бензин,  краски.  Почему?
5. Скорость  движения  молекул  газа  составляет  несколько  сотен мет­ров  в  секунду.  Почему же  мы  ощущаем  запах  разлитой жидкости не мгновенно,  а  спустя  некоторое время?
6  Почему чай  заваривают кипят­ком,  а не холодной водой?

7. Почему  сушеная  слива  разбу­хает в воде?

8  В два  стакана  с  водой  одновре­менно опустили по одинаковому кусочку  сахара  (см.  рисунок).
В  каком  стакане  начальная температура воды была выше?
9. Ощутив  опасность,  кальмар выбрасывает  темно-синюю  защитную  жидкость. 

Почему  через  некоторое  время  вода,  окрашен­ная этой жидкостью, даже в спокойном состоянии снова становится прозрачной?
10. Правильным  ли,  по  вашему  мнению,  является  утверждение,  что запах  свежего  хлеба  из  пекарни  распространяется  лишь  в  том  на­правлении,  куда дует ветер? Обоснуйте  свой  ответ.

• Экспериментальные задания

1. Надуйте два воздушных шарика. Один шарик  поместите  в  теплое  место,  вто­рой  —  в  холодное.  Через  сутки  срав­ните,  какой  шарик  оказался  меньше сдутым. Почему?
2. Приготовьте крепкий  раствор кухонной соли.  Налейте  в  стакан  чистую  воду, потом  с  помощью  воронки  осторож­но  налейте  раствор  соли  на  дно  стака­на  (см.  рисунок).  Попробуйте  верхнюю жидкость  на  вкус,  убедитесь,  что  она несоленая.  Отставьте  стакан  на  сутки, а  потом  снова  попробуйте  воду.  Какой
результат вы получили? Объясните его.

3. Возьмите два  тонкостенных стакана.  В один из них налейте холод­ную  воду,  в  другой  —  горячую.  С  помощью  пипетки  опустите  на дно  каждого  стакана  несколько  капель  крепкого  чая.  Объясните
результаты.

• Физика и техника в Украине

Иван Павлович Пулюй  (1845— 1918) родился на Тернополь­щине.

Ученые  особенно  отмечают  работы  Ивана  Пулюя  в  области молекулярной физики —  данные о  коэффициентах  внутреннего трения и диффузии  газов и пара. Эти данные являются  исходны­ми  при  вычислении  таких микроскопических  величин,  как сред­няя  длина  свободного  пробега молекул,  их  количество  в  одной грамм-молекуле  и  т.  п.  В  области  электротехники  Иван  Пулюй усовершенствовал  технологию  изготовления  осветительных ламп,  первым  исследовал  неоновый  свет.  При  участии  Пулюя
запущен  ряд электростанций на постоянном токе в Австро-Венг­рии, а также первая в Европе на переменном токе. Значительный вклад был внесен  Пулюем  в исследование  рентгеновских лучей.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.