Материалдар / Дуффузия

Дуффузия

Материал туралы қысқаша түсінік

Диффузия туралы жиниақталған мәліметтер

Нағашыбай Жаңабек Жанайұлы

Автор материалды ақылы түрде жариялады. Сатылымнан түскен қаражат авторға автоматты түрде аударылады. Толығырақ

13 Ақпан 2018

6441

4 рет жүктелген

Физика Оқушылар жұмысы 8 сынып

770 ₸

Бүгін алсаңыз
+39 бонус беріледі
Бұл не?

Бүгін алсаңыз +39 бонус беріледі Бұл не?

Тегін турнир Мұғалімдер мен Тәрбиешілерге
Дипломдар мен сертификаттарды алып үлгеріңіз!

Бұл бетте материалдың қысқаша нұсқасы ұсынылған. Материалдың толық нұсқасын жүктеп алып, көруге болады

Материалдың толық нұсқасын
жүктеп алып көруге болады

Қызылорда облысы Қазалы ауданы«№ 249 мектеп-лицей» коммуналдық мемлекеттік мекемесі

Ғылыми жоба«Диффузия-бізді қоршаған орта процесі»

Орындаған: Бақытбек Мағжан 7 «А» сынып оқушысыЖетекшісі: Нағашыбай Жаңабек Жанайұлы физика пәні мұғалімі

2017МазмұныКіріспе

Диффузия құбылысы

Диффузия түрлері

Газдардағы диффузия

Сұйықтардағы диффузия

Қатты заттардағы диффузия

Табиғаттағы және технологиядағы диффузия көріністерінің мысалдары

Өсімдік пен жануарлар әлеміндегі диффузия

Адамдардың ас қорыту мен тыныс алуындағы диффузияның рөлі

Диффузияның зиянды қасиеттері

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе Жылулық құбылыстар ерте заманнан адамдардың назарын аударып келген. Соның ішінде адамның алғашқы от жағуды үйренуі және де соны өшірмей сақтай алуы адамзат ашқан ұлы жаңалықтардың бірі болып табылады. Жылу дегеніміз-денені құрайтын өте ұсақ бөлшектердің үздіксіз қозғалысы. Ал диффузия мен жылулық құбылыс бір-біріне тура байланыста. Молекулярлық-кинетикалық теорияның қазіргі жағдайының негізінде үш мәлімдеме бар, олардың әрқайсысы эксперименталды түрде қатаң дәлелденді: зат атомдардан; бұл бөлшектер кездейсоқ қозғалады; бөлшектер бір-бірімен өзара әрекеттеседі. Демокрит іліміндеде айтылған барлық органдар атомдардан тұрады, молекулалар осы атомдардан құралады. Диффузия құбылысын біз қүнделікті өмірде байқаймыз, мысалыға мектептің асханасында пісіріп жатқан тәтті бәліштің иісінен, сонымен қатар шайға салған қанттың еруі, сондай-ақ көшеде машиналардан шыққан зиянды қалдық газдардан. Яғни бұл процесті теңізде және мұхиттарда, өнеркәсіпте атмосферада және барлық жерде байқауға болады. Адам жаңа жаңалықтар мен өнертабыстар жасау үшін диффузия туралы білімге мұқтаж.Өзектілігі диффузияның өсімдіктердің, жануарлар мен адамның өмірлік белсенділігіне әсерін зерттеу, тірі табиғат туралы білімімізді кеңейтіп, физика, биология, экология, медицина сияқты ғылымдарды тығыз байланыстыра отырып, мен бұл тақырыпқа қызықтым және осы құбылыс туралы көбірек білуді шештім.Зерттеу нысаны қоршаған орта мен адам.Зерттеудің тақырыбы - диффузия құбылысы.Мақсаты: диффузия туралы білімді кеңейту, диффузияның табиғатқа және адам өміріне деген қарым-қатынасын қарастыру, осы құбылыстың маңыздылығын дәлелдеу, жинақталған білімді қорыту және қорытынды жасау.Міндеттері:1. Табиғаттағы диффузияның рөлі туралы және материалды зерттеу.2. Диффузияның заңдылықтарын сипаттайтын кейбір эксперименттер жүргіздім.3. Диффузия құбылысы туралы алынған ақпаратты талдау, сондай-ақ өсімдіктер, жануарлар, адамдар үшін осы құбылыстың маңыздылығын анықтау.Әдістері:1. Тақырып бойынша әдебиеттерді зерттеу. 2. Диффузия құбылысының маңыздылығы туралы материалды талдау және өңдеу 3. Тәжірибе-практикалық.

Диффузия құбылысы

Диффузия латыншадан аударганда тарау,өзара әрекеттесу деген мағынаны береді, бұл процесс бір зат атом немесе молекулалары екінші зат атом немесе молекулаларының өзара әрекеттесуі, бұл олардың шоғырлануын өздігінен теңестіруге алып келеді. Диффузия процесі молекулярлық-кинетикалық теория негізінде түсіндіріледі, атап айтқанда: барлық заттар ең кішкене бөлшектерден тұрады, бөлшектер мен бөлшектердің арасында қозғалыс бар. Зат бөлшектерінің молекулалардың , атомдардың ретсіз қозғалысының келесі бір салдары-диффузия құбылысы. Диффузия құбылысы газдармен қоса сұйықтарда да, қатты денелерде де байқалады. Иістің ауада таралуы, әртүрлі сұйықтардың араласуы, ерітінді жасау, қатты денелерді желімдеу-мұның бәрі диффузия.Заттар арасындағы диффузияның пайда болуы үшін олардың тығыз байланыстары қажет.

1-сурет. Диффузия молекулаларының қозғалысы

Диффузия ауаға әртүрлі газ тәрізді заттарды таратады: мысалы, өрттің түтіндері ұзақ қашықтыққа таралады. Бұл құбылыстың нәтижесі желдету кезінде бөлме температурасының теңестірілуі. Сол сияқты, өнеркәсіптік өндірістің зиянды өнімдерімен және автомобильдердің пайдаланылған газдарымен ауаның ластануы жүреді. Негізі үйде пайдаланатын табиғи жанғыш газдың түсі немесе иісі жоқ. Себебі олардың адам ағзасына зияны болмас үшін қоспалармен араластырады.

Диффузия түрлері

Заттың негізгі температураның өзгеруіне байланысты зат үш түрлі күйде: қатты, сұйық және газ күйлерінде бола алады. Әр түрлі күйдегі заттың қасиеттері де түрліше болады. Бөлме температурасында (+20°С) сынаптан өзге металдар қатты күйде болса, ауадағы көптеген газдар қатты күйге минус (-270°С) температура шамасында ауысады. Жер бетінде температура негізінен +40°С-дан -50°С-ка дейін ауытқиды. Мұндай температурада азот, оттегі, сутегі сияқты заттар тек газ күйінде болатындықтан, оларды газдар деп атап кеткен. Ал газ да өте төменгі температурада сұйық және қатты күйге өте алады. Мысалы, Жерге карағанда Күннен әлдеқайда алыс орналаскан Сатурн, Уран,Нептун планеталары жағдайында жоғарыда аталған газдар сұйық және қатты күйде болады. Ол планеталарда температура өте төмен шамаға (-270°С) жетеді. Бөлме температурасында сынап буланады, ал -30°С-та қатады. Сұйық сынап, әсіресе, оның буы денсаулыққа аса қауіпті. Сондықтан сынабы бар аспаптармен жұмыс жасағанда айрыкша сақтық керек. Егер сынапты төгіп алғандай жағдай туса, міндетті түрде арнаулы қызмет орындарына айтып, кауіпсіздендіру шараларын шұғыл жүргізу қажет.

Газдардағы диффузия

Газдардағы диффузия қарапайым мысал ретінде иістің ауадағы таралуын алуға болады немесе қақпағы ашық құтыдағы әтірдің хош иісі бөлменің ішіне лезде таралады. Сонымен қатар газдарда диффузия процесі санаулы секундтар немесе минуттар ішінде өтеді.Диффузия құбылысы арқасында атмосфераның төменгі қабаты - тропосфера газдар қоспасынан тұрады: азот, оттегі, көмірқышқыл газы және су буы. Диффузия болмаған кезде гравитация әрекеті кезінде пайда болатын еді мынандай қабаттар төмен жағында ауыр көмірқышқыл газы содан кейін оттегі, жоғары жағында азот инертті газдары. Газ молекулалары да, сұйық молекулалары сияқты ретсіз орналасады. Алайда, газ бен сұйықтық арасында елеулі айырмашылық бар. Сұйыққа қарағанда газдың көлемін оп-оңай өзгертуге болады. Мысалы, газ мейлінше оңай сығылады. Допты қолмен-ақ сығып, оның ішіндегі ауаның көлемін едәуір кішірейте аламыз. Газдардың қатты денелерден де, сұйықтықтардан да басты айырмашылығы - олар берілген көлемді түгел қамтып орналасады. Газдың тұрақты көлемі мен нақты пішіні болмайды, ол берілген көлемді түгел қамтиды. Бұл құбылыстың мәнін түсіну үшін мен қарапайым эксперименттер жүргіздім. 1-эксперимент. Газдағы диффузия өте жылдам жүреді, мысалға егер біздің анамыз тамақ пісіріп жатса, біз оның иісін сеземіз, анамыз жасап жаткан тамақ өте көп атом және молекулалардан тұрады, оның атом молекулалары жылулық қозғалыспен шығып ауамен диффузияланады, соның аркасында біз иісті сеземіз.2-сурет. Газдардағы диффузия процесіжәне біз тағы бір тәжірибе, ол да газдағы диффузия 3-сурет. Тәжірибе Тұз қышқылытрубканың екі жағынын екі газдың сұйықтығы салынады, олар диффузиялануы керек, олар диффузияланғанда түтін пайда болады, газдар тұз қышқылына (хлороводородка) жакын жерде диффузияланады, себебі аммиак тұз қышқылынан (хлороводородтан) жеңілірек.

2.2Сұйықтардағы диффузия Диффузия (лат. dіffusіo – таралу, жайылу) – нақтылы дене бөлшектерінің жылулық қозғалыстарға ұшырай отырып, сол дене концентрациясының селдір аудандарына қарай жылжуы; молекулалардың жылулық қозғалысы салдарынан шекаралас орналасқан әр түрлі заттардың бір-біріне өту құбылысы. Диффузия дененің бүкіл көлеміндегі концентрация мөлшерінің бірте-бірте теңелуін, сөйтіп оның бірқалыпты сипат алуын қамтамасыз етеді. Кейбір денелердің өте шағын бөлшектері ғана емес (атомдар,молекулалар, иондар), біршама ірі түйіршіктері де диффузиялық қасиетті иемденуі мүмкін. Сұйықтың қасиеттері Идеал газдан айрықша, кез келген нақты газ осы газға жеткілікті төмен температурада және жеткілікті биік қысымда сұйыққа немесе қатты денеге айналады. Заттың сұйық күйінің негізгі ерекшеліктеріне молекулалардың, алыс қашықтықтарда реттілігі жоғалатындай, бір-біріне тығыз орналасуы және олардың өзара орындарын ауыстыруы жатады. Осы ерекшеліктер сұйықтың аққыштығын және көлемнің тұрақтылығын түсіндіреді. Молекулалардың сұйық ішінде еркін орын ауыстыру мүмкіншілігі сұйықтағы диффузия жылдамдығы қатты денедегі диффузия жылдамдығынан артық екеңдігін түсіндіреді. 4-сурет. Сұйықтағы диффузия құбылысы Сұйық ішіндегі молекулаға жан-жақтан әрекет еткен тартылыс күштері өзара теңесу себебінен молекулалар еркін орын ауыстыра алады. Ал сұйыктың бетіңдегі молеқулаға тартылыс күпггері бір жақтан ғана, сұйық жағынан әрекет етеді. Су бетіне шығу ушін молекула осы күштерден асу керек. Су бетіндегі молекуланың, ішкі молекулалармен салыстырғанда, артық потенциалдық энергиясы бар. Булану Басқа молекулалармен соқтығысу себебінен зат молекулаларының ретсіз қозғалыс жылдамдықтары орташа жылдамдықтан бірде артық, бірде кем болып тұрады. Соңдықтан ылғи да молекулалардың әлдебір бөлігінің кинетикалық энергиясы байланыс энергиясынан асады. Егер осындай молекула сұйықтың бетіне жақын болса, ол басқа моле-кулалардың тартылыс күшінен босап, сүйыктың үстіндегі кеңістікке шыға алады. Осылай заттьщ бір бөлігінің сұйық куйден газ күйге ауысуын "бртңу процесі деп атайды. Буланганда сүйыктан тек еңтез молекулалар ғана шығады, сондыктан калған молекулалардыңжылулыққозғалысының орташа кинетикалық энергиясы кемиді. Буланғанда сұйықтың темпера- турасы төмеңдейді. 5-сурет. Диффузия әртүрлі орта үшінКонденсация Сұйықтың үстінде бу молекулаларының концентра-циясы өскенде, конденсация процесі жеделдетіледі. Сұйық үстіндегі будың концентрациясы әлдебір мәнге жеткеңде, булану және конденсация процестері арасында динамикалықтепе-тендік орын алады, басқаша айтқанда, уақыттың бір аралығында сүйықтан шыққан молекула-лардың саны және будан қайтып келген молекулалардың саны бірдей болады. Қайнау Температура жоғарылау нәтижесінде қаныққан будың қысымы сұйықтың сыртындағы қысымға жеткенде, сұйықтың ішіндегі бу көпіршіктері тез өсіп, сұйық бетіне шыға бастайды. Бұл процесс сұйьщтыңңайнауыд.еп ата-лады. Сұйықтың қайнау температурасы сыртқы қысымға тәуелді. 100°С температурада судың қаныққан буының қысымы 105 Па қалыпты атмосфералық қысымға жетеді. Сондықтан 105Па қалыпты атмосфералық қы-сымда су 100°С-та қайнайды. Теңізден 3000 м биіктіктегі таулы жерлерде ауаның қысымы 7 -104Па. Қаныққан будың қысымы бұл қысымға 90°С температурада жетеді. Сондықтан бұл биіктікте су 90°С-та қайнайды: Қайнағанда сұйыққа берілген энергия толығынан сұйыкты буға айналдыруға жұмсалады, сондықтан сұйықтың температурасы өспейді. Егер сұйықты қалыпты атмосфералық кысымдағы қайнау темпера-турасынан жоғары температураға қыздыру керек болса, жоғары қысымды көтеретін герметикалық жабылған ыдысқа орналастырады. Бұл жағдайда сұйықты қыздыр-ғанда, оның үстіндегі қаныққан будың қысымы атмо-сфералық қысымнан артық қысым тудырады және қай-нау процесін тежейді. Температураның әлдебір мәнінде бұл ыдыстағы қысым осы температурадағы қаныққан будың қысымына тең. Мысалы, жабық ыдыстағы суды 180°С-қа дейін қыздырғанда, ондағы қысым 106Па-ға, яғни 10 атмосфераға жетеді. Сұйық күйдегі дене өзінің пішінін оңай өзгертеді, бірақ көлемін сақтайды. Сұйық құйылған ыдыс пішінін қабылдайды. Аққыштық, көлемін сақтау және пішінін оңай өзгерту - сұйыққа тән қасиет. Сұйықтың бұл қасиеті күрделі пішінді металл бұйымдарын жасауға пайдаланылады. Ол үшін балқыған металды, арнайы жасалған қалыптарға құйып, катырады. Сұйықтың молекулалары қатты денелердің молекулаларына карағанда бір-бірінен алшақ орналасады. Сондықтан олардың арасындағы тартылыс күштері де, тебіліс күштері де қатты денелерге қарағанда кем болады. Сөйтіп, сұйық оңай ағады, оңай бөлінеді. Соған қарамастан сұйықтың көлемін өзгерту өте қиын. Өйткені сұйықтардың молекулалары да белгілі бір rO ара қашықтықта тартылыс күші мен тебіліс күштерінің тепе-теңдігін сақтауға тырысады. Шыны молекулалары ретсіз орналасқандықтан, оның құрылысы кристалл қатты денеден гөрі сұйық молекулаларының орналасуына ұқсас. Молекулалары белгілі бір ретпен қайталанып орналасатын денелер — кристалл денелер, ал молекулалары ретсіз орналасатындары — аморф денелер деп аталады. Шыны аморф денеге жатады. Дененің газ күйіндегі молекулалары оның басқа күйлеріне қарағанда тіптен алшақ орналасады. Сондықтан газ молекулаларының арасындағы тартылыс күші де, тебіліс күші де іс жүзінде білінбейді. Оның молекулалары ретсіз үздіксіз қозғала отырып, берілген көлемнің барлық бағытына тарайды.

6-сурет. Диффузия молекулалары

2.3Қатты заттардағы диффузия Бөлшектердің жылулық қозғалысы нәтижесінде бір-біріне жақын тұрған заттардың бір-біріне өзара енуі. Әдетте диффузия диффузант концентрациясының азаю бағытында жүреді және алып тұрған көлемі бойынша оның біркелкі үлестірілуіне, химиялық потенциалдың теңелуіне алып келеді. Сонымен қатар, температураның, қысымның және т.б. градиентімен негізделген диффузияның басқа да түрлері бар. Диффузия қүбылысы қатты денелерде де болады. Қатты денелердегі диффузия қүбылысын байқау үшін, үзақ мерзім кажет. Мысалы, алтын мен қорғасын арасында диффузия қүбылысы болып, олардың молекулалары біріне-бірі-1 мм-ге дейін енуі үшін 4—5 жыл уақыт қажет болады екені Диффузияның жылдамдығы температураға байланысты. Температура арткан сайын, диффузияньщ жылдамдығы да арта түседі. Молекулалардың ретсіз қозғалысын зерттеу нәтижесінде броундық қозғалыс ашылыды.Оны ағылшын ботанигі Броун көрген,ол спораның өте майда болатынын байқаған. Бөлшектердің қозғалысы ешқашан тоқтамаған. Сұйықтардағы немесе газдардағы микроскопиялық бөлшектердің үздіксіз бейберекет қозғалысын броундық қозғалыс деп атаған.Диффузияның әсерінен планеталар атмосфераның химиялық құрамы біртекті болмайды.7-сурет. Молекулалардың бей-берекет қозғалысы Қант қайнату зауыттарындағы қызылшыдын қантты бөліп алу да диффузия құбылысына негізделген.Қызылша сумен немесе концентрациясы аз қант ерітіндісімен жуылады.Бұл кезде қант молекулалары қызылшадан ерітіндіге өтеді. Диффузия қүбылысының табиғатта үлкен маңызы бар» Диффузия қүбылысы жер бетіндегі атмосфералық ауа қүры-лымының бір текті болуын камтамасыз етеді. Егер диффузия болмаса, онда төменгі жерлерде ауыр газдар, әсіресе көмір қышқыл газы жиналар еді де, өсімдіктер қурап, жәндіктер қырылып калар еді. Өсімдіктердің қоректенуі диффузия құбылысымен түсіндіріледі. Сонымен, диффузия дегеніміз массаны тасьшалдау болып есептеледі.

Табиғаттағы және технологиядағы диффузия көріністерінің мысалдары

Диффузия өнеркәсіпте және күнделікті өмірде кеңінен қолданылады. Диффузиялық құбылыс металдарды диффузиялық дәнекерлеуге негізделген. Ерiтiндiлердi қатты жер материалдарынан алу үшiн диффузиялық аппарат қолданылады. Мұндай аппараттар негізінен қант қызылшасын өндіруде қолданылады, онда олар қант шырынын қызылша чиптерінен, суды қыздырып, былғарыдан жасалған былғарыдан және матадан жасалған талшықтарды бояуға арналған. Болат бөлшектерінің қаттылығын және ыстыққа төзімділігін арттыру үшін цементтеу қолданылады. Ол болат бөліктері термиялық пеште орнатылған графит ұнтағы бар қорапқа салынған. Диффузияға байланысты көміртегі атомдары бөлшектердің беткі қабатына енеді. Енгізу тереңдігі термиялық пештегі температура мен бөлшектердің ұсталу уақытына байланысты. Диффузия құбылысы табиғатта маңызды рөл атқарады. Мысалы, диффузияның арқасында Жер бетіндегі атмосфералық ауаның біркелкі құрамы сақталады. Атмосфераның төменгі қабаты - тропосфера - газдардың қоспасынан тұрады: азот, оттегі, көміртегі диоксиді және су буы. Диффузия болмаған кезде стратификация ауырлық күшінің әсерінен орын алуы мүмкін: оның үстіне көмірқышқыл газының жоғары қабаты - оттегі, жоғарыда - азот және инертті газдар болуы мүмкін.8-сурет. Диффузия процесін техникада пайдалануК.А. Тимирязев былай деді: «Топырақтағы заттардың тамырдануы туралы айтатын болсақ, атмосфераның есебінен жапырақтың ауаны тамақтандыру туралы немесе басқа органның есебінен бір органды тамақтандыру туралы айтатын болсақ, онда біз барлық жерде түсініктеме беру үшін дәл сол себептерге жүгінеміз : диффузия.Шынында да, өсімдік әлемінде диффузияның рөлі де жақсы. Мысалы, ағаштар жапырағының тәжін едәуір дамыту жапырақтың бетіндегі диффузия тыныс алу функциясын ғана емес, тамақтандыруды да жүзеге асырады.Қазіргі уақытта жеміс ағаштарының үстіртін үсті киімі олардың тәждерін шашу арқылы кеңінен қолданылады. Диффузияға байланысты зауыт минералды заттар мен топырақтан су алады. Бұл феноменсіз жануарлар әлемі болмайды. Диффузия жануарлар денесінде кездесетін физиологиялық процестерді ғана емес, мысалы, тұз теңгерімін реттеу сияқты әсер етеді. Диффузияға байланысты олар өздерінің азық-түліктерін табадыМысалы, Акулалар бірнеше шақырым қашықтықта қанның иісін сезеді. Көбелектер, өсімдіктер арасында жарқыратып, әрқашан әдемі гүлге жол табады. Аралар тәтті зат тапты, оны өздерінің қыл-қыбырымен сорып алады 3.1Өсімдік пен жануарлар әлеміндегі диффузия Диффузия құбылысы табиғатта маңызды рөл атқарады. Мысалы, диффузияның арқасында Жер бетіндегі атмосфералық ауаның біркелкі құрамы сақталады. Атмосфераның төменгі қабаты - тропосфера - газдардың қоспасынан тұрады: азот, оттегі, көміртегі диоксиді және су буы. Физика заңдарына сәйкес, гравитацияның әсерінен көміртек диоксиді сияқты ауыр газ атмосфераның төменгі қабаттарында, одан жоғары оттегі болады, ал жеңіл азот жоғары болады, бірақ газдардың араласуға мүмкіндік беретін диффузия арқасында ауа құрамы біртекті болып қалады. Жануарлар әлемінде диффузияны таратуға болмайды, мұнда оның рөлі тек тірі организмдердің физиологиялық процестерінде ғана емес, тұзды теңгерімді реттеу сияқты, сонымен қатар азық-түлік өндірісінде де болады. Сонымен қатар акулалар мен пирани балықтары бірнеше шақырым қашықтықта қанның иісін сезінеді. Көбелектер, өсімдіктер арасында жарқырап, әрқашан әдемі гүлге жол табады. Өсімдіктер әлемінде диффузияның рөлі де жақсы. Диффузиялық өсімдіктердің көмегімен отте

Ресми байқаулар тізімі

Республикалық байқауларға қатысып жарамды дипломдар алып санатыңызды көтеріңіз!