Попова И, Дифузия, сп. "Физика" бр.23, 2005г
Цели на урока: формиране на концепцията за дифузия, осигуряване на асимилацията на нейните причини; показване на ролята на физическия експеримент; развиване на умения за наблюдение, съпоставяне и противопоставяне на изучаваните явления, за открояване на общи черти.
Оборудване: разтвор на калиев перманганат, парафин, съд с вода, фенолфталеинова хартия, амоняк, епруветки с памучен тампон, навлажнен с вода.
Напредък на урока
Учител. Здравейте момчета! Днес в урока ще въведем понятието движение като интегрално свойство на материята и ще се запознаем с доказателството за движението на молекулите. (Проверка на домашното чрез фронтален въпрос.)
? Защо трябва да знаете структурата на материята?
? Какви експерименти потвърждават наличието на междумолекулни празнини?
? Как се наричат частиците, които изграждат материята?
? Какви атоми изграждат водна молекула?
? Как се различават молекулите на различните вещества?
? От колко атома се състои една молекула въглероден диоксид, ако нейната химична формула е CO2?
? Опишете експеримент, който може да се използва за определяне на размера на молекула.
? Напишете химичната формула на водородна молекула, ако е известно, че тази молекула се състои от два водородни атома.
Обяснение на нов материал (челен експеримент с памучен тампон, навлажнен с одеколон)
Опит 1. (С воден разтвор на меден сулфат.) Защо ясната граница между течностите изчезна?
Опит 2. (С хартия за оцветяване, навлажнена с вода от кристал на калиев перманганат.) Какво наблюдавате около кристала? Защо?
Учител. Спонтанното смесване на вещества [проникването на атоми (молекули) на едно вещество поради тяхното термично движение в празнините между атомите (молекулите) на друго] се нарича дифузия.
Експеримент 3. (Оцветяванелента от фенолфталеинова хартия, залепена в горната част на съда в присъствието на памучна вата с амоняк на дъното.) Защо хартията почервеня?
Дифузията в течности е по-бавна, отколкото в газове. Това се дължи на факта, че молекулите на течността са разположени много по-плътно, така че е много по-трудно да се „промине“ през тях.
Опит 4. (Оцветяване на вода около кристал на калиев перманганат.) Защо водата е оцветена?
Дифузията протича най-бавно в твърдите тела. В един от експериментите гладко шлайфани плочи от олово и злато се поставят една върху друга и се притискат с товар. След 5 години златото и оловото проникват едно в друго само с 1 мм.
Опит 5. (Проникване на акварелна боя в парафин.)
Скоростта на дифузия се увеличава с повишаване на температурата.
Опит 6. (Оцветяване на вода около кристал от калиев перманганат в чинийки със студена и гореща вода.)
Дифузията има голямо значение в жизнените процеси на хората, животните, растенията (учениците пишат в тетрадка):
благодарение на дифузията кислородът от белите дробове прониква в кръвта, а от кръвта в тъканите;
поради дифузията на газовете съставът на въздуха в близост до повърхността на Земята е хомогенен;
дифузията играе съществена роля в храненето на растенията и животните;
Феноменът на дифузията се използва при извличането на захар от цвекло в захарните фабрики.
"Как се прави захар" (съобщение от член на агрохимическия кръг). Нарежете цвеклото на тънки кръгчета и го поставете в топла вода. Благодарение на дифузията сокът от клетките ще се разтвори във вода. Този сок се нарича дифузия. Нека да сглобим устройството, да поставим въглеродно-медна сол (малахит, основен меден карбонат) в колбата, да я загреем и да прекараме въглероден диоксид през разтвора. Филтрирайте разтвора през троен филтър. След това сварете сокаконсистенция на сиропа и сложете сиропа на водна баня.
Препарат за почистване на сок
„Дифузия и среда“ (комуникация на ученика). Да разгледаме комините на предприятията и изпускателните тръби на автомобилите. В много случаи се вижда дим. Ако димът е гъст, тогава струята му се простира доста далеч. И тогава изчезва някъде, изчезва във въздуха.
Какво се случва в близост до тръбата на работеща котелна централа? Димните газове (би било по-правилно да ги наричаме пещни газове) са невидими, като въздуха. Те се състоят главно от въглероден диоксид и малки количества азотни и серни оксиди. Но ако тези газове съдържат частици сажди, димът е черен. Да запалим свещ. Ако фитилът й е къс, тогава гори без сажди, ако е дълъг, пуши силно. Това означава, че тръбите пушат силно, ако горелките в котелното помещение са лошо регулирани и се получава непълно изгаряне на горивото.
Заедно с газовете от тръбите на котела се отделя голямо количество водна пара. Често бялата струя кондензирана пара предизвиква оплаквания от населението, че такова предприятие уж трови всичко наоколо. Steam не вреди, а оплакванията са просто резултат от неграмотност.
Но трябва ясно да разберете, че тръбите за пушене и непушачите са вредни за живия свят с голямо количество емисии. В момента общото количество газови емисии в атмосферата е 40 милиарда тона годишно. Излишъкът от въглероден диоксид в атмосферата е опасен за живия свят на Земята, нарушава въглеродния цикъл в природата, води до образуване на киселинни дъждове, затопляне на климата поради парниковия ефект. (За алтернативен поглед върху причините за затоплянето вижте статията на академика на Руската академия на естествените науки О. Г. Сорохтин „Адиабатната теория на парниковия ефект“ в № 11/05. - Ред.)
Учител. Така че дифузията е полезна или вредна? (Дискусия с класа.)
Обезопасяване
? По какво се различава движението на молекулите във въздуха от движението им във вакуум?
? Детските балони са пълни с газ. Защо губят еластичност за един ден, набръчкват се и спират да се покачват?
? Отворен съд с въглероден диоксид беше балансиран на везни. Защо балансът на везните се наруши с времето?
? В старите книги страниците с рисунки са покрити с листове тънка полупрозрачна хартия. Защо след време се появяват отпечатъци от дизайна върху страната на тази хартия, която е в контакт с дизайна? [Според нас тук възниква явлението капилярна конвекция. Вижте статията на М. А. Бражников „Опит с попивателна машина“ в № 7/05. – Ред.]
? Еднакви парчета захар се хвърлят в чаши с вода, загрята до различни температури едновременно. Коя чаша имаше най-висока температура на водата?
? Една кана с мляко беше поставена в хладилника, другата кана беше оставена в стаята. Къде кремът се утаява по-бързо? (Отговор. В кана, оставена в стаята, защото дифузията е по-бърза при по-висока температура.)
? Как да ускорим дифузията в твърди вещества? (Отговор. Увеличете температурата.)
Обобщение на урока.
Домашна работа
Дифузията е процес, причинен от молекулярно топлинно движение (и само! - Ред.). В еднофазна система при постоянна температура и отсъствие на външни сили, дифузията изравнява концентрацията на всеки фазов компонент в целия обем на цялата система. Ако температурата не е постоянна или върху системата действат външни сили, тогава в резултат на дифузия се установява пространствено нехомогенно разпределение на концентрацията на всеки компонент (термична дифузия, електродифузия).
Суспендираните малки частици, включително чужди тела, също могат да дифундират (поради Брауново движение).
Свободна конвекция (естествена) възниква под действието на архимедовите сили в гравитационното поле, ако има нееднородности в плътността в резултат на температурни разлики или концентрации на примеси (вертикални движения на въздушни маси в атмосферата и водни маси в океаните).
Принудителната конвекция се причинява от външни механични въздействия върху средата (вентилатор, хидравлична помпа. ).
Капилярна конвекция възниква в течности със свободна повърхност при наличие на разлики в повърхностното напрежение по тази повърхност. Например поради промяна в температурата (термокапилярна конвекция) или концентрация на повърхностноактивен примес. При нормални условия той е незначителен на фона на свободна и принудителна конвекция, но става значителен в условия на безтегловност.