Польза диффузии в жизни человека

Диффузия – одно из самых значимых явлений в физике. Оно играет чрезвычайно важную роль в живой природе, его широко применяют в технике, в повседневной жизни. Но, оказывается, что процесс диффузии играет большую роль в загрязнении воздуха, рек, морей и океанов. Как разного рода загрязнители проникают в те вещества, которые обеспечивают жизнедеятельность растений, животных, человека?
Давайте с вами проведем исследование и узнаем как диффузия воздействует на окружающую среду , какую пользу и вред она приносит.

Мне нравится
Проект нравится 14 участникам

Диффузия – явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого.Примером диффузии в газах является распространение запахов в воздухе, но запах распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время. Почему так происходит? Просто движению молекул пахучего вещества в определенном направлении мешает движение молекул воздуха. Траектория движения каждой частицы газа представляет собой ломаную линию, т.к. при столкновениях она меняет направление и скорость движения. Поэтому диффузионное проникновение молекул значительно медленнее их свободного движения. Явление диффузии показывает, что молекулы все время хаотично движутся и притом в различных направлениях. Такое движение называется молекулярным тепловым движением. Диффузия, также доказывает, что между молекулами имеются промежутки.Известно, что частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия.Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах. Дело в том, что в газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию, а в твердых телах, в кристаллах, где атомы совершают малые колебания около положения узла решётки, нет. Скорость протекания диффузии зависит от: агрегатного состояния вещества; массы молекул; температуры.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли. Деревья выделяют кислород и поглощают углекислый газ с помощью диффузии. Корни растений захватывают необходимые для растения вещества из почвенных вод благодаря диффузионному потоку внутрь корней.На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и др. Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека. На этом явлении основана, например, диффузионная сварка металлов, никелирование. Результатом диффузии может быть выравнивание температуры в помещении при проветривании. На явлении диффузии основаны соление овощей, варка варения, получение компотов и многое другое.В общем, диффузия имеет большое значение в природе и жизнедеятельности человека, но это явление также вредно в отношении загрязнения окружающей среды. На протекание диффузных процессов в природе отрицательное влияние оказывает деятельность человека. Большую роль играют диффузионные процессы в снабжении кислородом природных водоемов. Кислород попадает в более глубокие слои воды в водоемах за счет диффузии через их свободную поверхность. Поэтому любое загрязнение поверхности воды, губительно для всего живого в водоеме. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб промышленных и энергетических предприятий, выхлопные газы автомобилей, благодаря диффузии, распространяются на большие расстояния. Воздух и земля ещё загрязняется бытовыми отходами. Загрязняющие вещества попадают в пищу, воздух, воду и наносят огромный вред здоровью человека. Ярким проявлением диффузии, напрямую связанным с экологическими проблемами – это грязный, фактически отравленный выхлопными газами автомобилей, воздух в черте крупных городов, загрязнение отравляющими отходами многочисленных водоёмов, почвы и т.д.

Давайте вместе проведем исследование и выясним, на примере распространения пахучего вещества в воздухе как явление диффузии способствует загрязнению воздуха (проведем аналогию между молекулами загрязняющего вещества и молекулами пахучего вещества). Приведем примеры типичных загрязнителей атмосферы, рек и водоемов, полей и лесов. Узнаем, какие существуют способы защиты окружающей среды от загрязнения.

Источник

Видели ли вы когда-нибудь полчища мелких назойливых мошек, беспорядочно роящихся над головой? Иной раз кажется, что они как будто неподвижно висят в воздухе. С одной стороны этот рой неподвижен, с другой — насекомые внутри него безостановочно движутся то вправо, то влево, то вверх, то вниз, постоянно сталкиваясь друг с другом и разлетаясь вновь в пределах этого облака, как будто невидимая сила удерживает их вместе.

Примеры диффузии

Движения молекул носят похожий хаотичный характер, при этом тело сохраняет стабильную форму. Такое движение называется тепловым движением молекул.

Броуновское движение

В далеком 1827 году известный британский ботаник Роберт Броун при помощи микроскопа изучал поведение микроскопических частиц цветочной пыльцы в воде. Он обратил внимание на то, что частички постоянно двигались в хаотичном, не поддающемся логическому объяснению порядке, и это беспорядочное движение не зависело ни от движения жидкости, в которой они находились, ни от ее испарения. Мельчайшие частички пыльцы описывали сложные, загадочные траектории. Интересно то, что интенсивность такого движения не снижается со временем и не связано с химическими свойствами среды, а только увеличивается, если уменьшается вязкость этой среды или размеры движущихся частиц. Кроме этого, большое влияние на скорость движения молекул оказывает температура: чем она выше, тем частицы движутся быстрее.

Диффузия

Давным-давно люди поняли, что все вещества на свете состоят из мельчайших частиц: ионов, атомов, молекул, и между ними имеются промежутки, и эти частицы постоянно и хаотично движутся.

диффузия в природе

Следствием теплового движения молекул является диффузия. Примеры мы можем наблюдать практически везде в повседневной жизни: и в быту, и в живой природе. Это распространение запахов, склеивание различных твердых предметов, перемешивание жидкостей.

Говоря научным языком, диффузия — это явление проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.

Газы и диффузия

Самый простой пример диффузии в газах — это довольно быстрое распространение в воздухе запахов (как приятных, так и не очень).

Диффузия в газах может быть крайне опасной, из-за этого явления молниеносно протекает отравление угарным и другими ядовитыми газами.

Диффузия в жидкостях

Если диффузия в газах происходит быстро, чаще всего за считанные секунды, то диффузия в жидкостях занимает целые минуты и иногда даже часы. Это зависит от плотности и температуры.

Диффузия в жидкостях

Одним из примеров диффузии в жидкостях является очень быстрое растворение солей, спиртов и кислот, за короткое время образующих однородные растворы.

Диффузия в твердых телах

В твердых телах диффузия протекает труднее всего, при обычной комнатной или уличной температуре она незаметна. Во всех современных и старых школьных учебниках в качестве примера диффузии в твердых телах описан опыт со свинцовой и золотой пластинками. Этот эксперимент показал, что только по прошествии более четырех лет в свинец проникло ничтожно малое количество золота, а свинец проник в золото на глубину не более пяти миллиметров. Такое различие обусловлено тем, что плотность свинца намного выше плотности золота.

Следовательно, скорость и интенсивность диффузии не в последнюю очередь зависит от плотности вещества и скорости хаотичного движения молекул, а скорость, в свою очередь — от температуры. Диффузия интенсивнее и быстрее протекает при более высоких температурах.

Примеры диффузии в быту

Мы даже не задумываемся о том, что ежедневно практически на каждом шагу встречаем явление диффузии. Именно поэтому это явление считается одним из самых значительных и интересных в физике.

Диффузия: опыты

Один из простейших примеров диффузии в быту — растворение сахара в чае или кофе. Если в стакан с кипятком поместить кусочек сахара, он через некоторое время исчезнет бесследно, при этом даже объем жидкости практически не изменится.

Если внимательно осмотреться вокруг, можно найти немало примеров диффузии, облегчающих наш быт:

растворение стирального порошка, марганцовки, соли;
распыление освежителей воздуха;
аэрозоли для горла;
вымывание грязи с поверхности белья;
смешивание красок художником;
замешивание теста;
приготовление наваристых бульонов, супов, и подлив, сладких компотов и морсов.

В 1638 г., вернувшись из Монголии, посол Василий Старков преподнес русскому царю Михаилу Федоровичу в подарок почти 66 кг сушеных листьев, обладающих странным терпковатым ароматом. Это засушенное растение очень понравилось ни разу не пробовавшим его москвичам, и они его с удовольствием до сих пор употребляют. Узнали его? Конечно же, это чай, который заваривается благодаря явлению диффузии.

Примеры диффузии в окружающем мире

Роль диффузии в окружающем нас мире очень велика. Одним из важнейших примеров диффузии является кровообращение в живых организмах. Кислород из воздуха проникает в капилляры крови, расположенные в легких, после этого растворяется в них и разносится по всему организму. В свою очередь углекислый газ диффундирует из капилляров в альвеолы легких. Питательные вещества, выделяемые из пищи путем диффузии проникают в клетки.

Диффузия в жизни растений

У травянистых видов растений диффузия идет через всю их зеленую поверхность, у более крупных цветущих растений – через листья и стебли, у кустарников и деревьев — через трещины в коре стволов и веток и чечевички.

Кроме того, примером диффузии в окружающем мире является всасывание воды и растворенных в ней минералов корневой системой растений из почвы.

Именно диффузия является причиной того, что состав нижнего слоя атмосферы является неоднородным и состоит из нескольких газов.

К сожалению, в нашем несовершенном мире найдется совсем немного людей, которые не знают, что такое инъекция, также известная как “укол”. Этот вид болезненного, но эффективного лечения также основан на явлении диффузии.

Загрязнение окружающей среды: почвы, воздуха, водоемов — это тоже примеры диффузии в природе.

Тающие в синем небе белые облака, так любимые поэтами всех времен — тоже она— известная каждому ученику средних и старших классов диффузия!

Итак, диффузия — это то, без чего жизнь наша была бы не просто труднее, а практически невозможной.

Источник

Диффузия. Диффузия в природе и в жизни человека

Диффузия играет огромную роль в природе, в быту человека и в технике.

Диффузионные процессы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние

на жизнедеятельность человека и животных. Однако, не у всех людей есть достаточное

представление о протекании этого явления.

Актуальность работы состоит в том, что изучение влияния диффузии на

жизнедеятельность растений, животных и человека расширит спектр наших знаний о живой

природе, продемонстрирует тесную связь физики, биологии, экологии, медицины.

Объект исследования – явление диффузии.

Предмет исследования – влияние явления диффузии на процессы, протекающие в

природе, и связанные с жизнедеятельностью человека.

Цель: рассмотреть роль диффузии в природе и жизнедеятельности человека, доказать

общую значимость этого явления.

Задачи:

1. Изучить материал о роли диффузии в природе и жизнедеятельности человека.

2. Провести некоторые опыты, характеризующие закономерности протекания диффузии.

3. Проанализировать полученную информацию о явлении диффузии, а также определить

степень значимости этого явления для растений, животных, человека.

Методы:

1.Изучение литературных и других информационных источников.

2.Анализ и обработка материала о значимости явления диффузии.

3.Проведение экспериментов.

§1 Явление «диффузия», его сущность

Диффузия (от лат. Diffusio — распространение, растекание, рассеивание) – это явление,

при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между

молекулами другого.

Явление диффузии мы наблюдаем каждый день: наливаем ли заварку чая в кипяток,

приготавливаем ли красящий раствор. И даже когда сгорает что-то на плите, а запах

чувствуется по всему дому, мы вновь сталкиваемся с явлением диффузии.

Возникает вопрос, почему же запах в комнате распространяется не мгновенно, а через

некоторое время. Дело в том, что движению пахучего вещества в определенном направлении

мешает движение молекул воздуха. Молекулы (духов или нафталина) на своем пути

сталкиваются с молекулами газов, которые входят в состав воздуха. Они постоянно меняют

направление движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате.

Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то во всех этих

веществах возможна диффузия. Однако скорость протекания данного явления для них

различна. Для подтверждения данного факта был проведен эксперимент. Одновременно

совершили три действия: разрезали апельсин, опустили в стакан пакетик чая и на срез сырой

картофелины насыпали несколько кристалликов марганцовки. В результате наблюдений

было установлено, что запах апельсина распространился по комнате за несколько секунд,

немногим более потребовалось времени для того, чтобы чай окрасил воду, а молекулы

перманганата калия только на несколько миллиметров диффундировали в картофель за пару

часов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что диффузия протекает быстрее в

газах, чуть медленнее в жидкостях и очень медленно в твердых телах. Дело в том, что в

газах и жидкостях основной вид теплового движения частиц приводит к их перемешиванию,

а в твердых телах, в кристаллах, где атомы совершают малые колебания около положения

узла решётки, нет.

Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры. Обратимся к опыту. В два

стакана налили воду, но в один холодную, а в другой – горячую. Опустили одновременно в

стаканы пакетики с чаем. Нетрудно заметить, что в горячей воде чай быстрее окрашивает

воду, диффузия протекает быстрее. Это происходит потому, что с повышением температуры

увеличивается скорость движения молекул. Поэтому прежде чем сделать укол пациенту,

холодный раствор с инъекцией врач немного нагревает до температуры, близкой к

температуре человека.

§2 Осмос и диализ – формы проявления диффузии

В мире живых организмов диффузия проявляется в двух формах – диализе и осмосе.

Диализом называется диффузия молекул растворенного вещества, а осмосом – диффузия

растворителя через полупроницаемую мембрану.

Основную роль для диффузионных процессов в живых организмах играют мембраны,

находящиеся на поверхности клеток, клеточных ядер и вакуолей и обладающие

избирательной проницаемостью. Прохождение вещества через мембрану зависит от

размеров и некоторых других физических свойств молекул растворителя, а также от свойств

самой мембраны.

Если мешочек из пергамента заполнить раствором сахара или соли и поместить в

сосуд с водой, то молекулы растворённого вещества будут диффундировать через стенки

мешочка, пока их концентрация в мешочке и в сосуде с водой не станет одинаковой. В этом

случае мы можем говорить, что поры мембраны достаточно велики для прохождения через

них молекул растворенного вещества. Этот метод – диализ – часто применяют для

получения чистых препаратов белков и других соединений.

Диализ также используется в аппарате «искусственная почка». Аппарат представляет

собой гемодиализатор, в котором кровь соприкасается через полупроницаемую мембрану с

солевым раствором. Из крови в солевой раствор сквозь мембрану проходят ионы и молекулы

продуктов обмена (мочевина, мочевая кислота), а также различные токсические вещества,

подлежащие удалению из организма. Аппарат представляет собой систему из плоских

каналов, разделенных тонкими целлофановыми мембранами, по которым встречными

потоками медленно движутся кровь и солевой раствор, обогащенный газовой смесью CO

.Аппарат подключается к кровеносной системе больного с помощью катетеров. Диализ

продолжается 4-6 ч. Этим достигается очистка крови от азотистых шлаков при

недостаточной функции почек, т.е. осуществляется регулирование химического состава

крови.

Если взять мешочек с более мелкими порами, пропускающими только молекулы

растворителя, (например, воды), но не пропускающими молекул сахара, то молекулы воды

будут диффундировать в мешочек, увеличивая объём раствора в нем. В этом случае мы

говорим об осмосе. Впервые осмос наблюдал А. Нолле в 1748, однако исследование этого

явления было начато спустя столетие. Явление осмоса наблюдается в тех средах, где

подвижность растворителя больше подвижности растворённых веществ. Осмос сохраняет

внутри клетки белки, столь важные для биологических процессов живых организмов.

§3 Роль диффузии в природе

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря

диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности

Земли. Нижний слой атмосферы – тропосфера – состоит из смеси газов: азота, кислорода,

углекислого газа и паров воды. При отсутствии диффузии произошло бы расслоение под

действием силы тяжести: внизу оказался бы слой тяжёлого углекислого газа, над ним –

кислород, выше – азот и инертные газы.

К.А. Тимирязев говорил: «Будем ли мы говорить о питании корня за счёт веществ,

находящихся в почве, будем ли говорить о воздушном питании листьев за счет атмосферы

или питании одного органа за счёт другого, соседнего, – везде для объяснения мы будем

прибегать к тем же причинам: диффузия».

Действительно, в растительном мире также велика роль диффузии. Например,

большое развитие листовой кроны деревьев объясняется тем, что диффузионный обмен

сквозь поверхность листьев выполняет не только функцию дыхания, но частично и питания.

В настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путем

опрыскивания их кроны. Благодаря диффузии растение получает минеральные вещества и

воду из почвы.

Без этого явления не было бы и животного мира. Диффузия влияет не только на

физиологические процессы, происходящие в организме животных: таких как, например,

регуляция солевого баланса. Благодаря диффузии они находят себе пищу. Акулы, например,

чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров. Бабочки, порхая меж

растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект,

штурмуют его своим роем.

Большую роль играют диффузные процессы в снабжении природных водоёмов и

аквариумов кислородом. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за

счёт диффузии через их свободную поверхность. Чтобы изучить, как различные вещества на

поверхности воды влияют на скорость испарения воды и сделать вывод о скорости

протекания диффузии, был проделан следующий опыт.

В тарелки была налита вода одинаковой массы и одинаковой температуры (37

градусов), затем в одну тарелку был налит бензин (5 мл), во вторую – керосин (5мл), в

третью – растительное масло (5 мл), в четвертой вода оставалась чистой. Растительное масло

в нашем опыте имитировало нефть. Засекалось время, через каждые 15 минут снимались

показания термометров, помещенных во все жидкости. Результаты измерений

зафиксированы в таблице.

Температура

чистой воды,

Температура

воды с

бензином,

Температура

воды с

керосином,

Температура

воды с

растительным

маслом,

При испарении из воды вылетают отдельные молекулы. Так как вода, покрытая

пленкой бензина, керосина и растительного масла, остывает медленнее, то можно судить о

том, что и молекулам кислорода труднее проникнуть в воду: рыбы и другие водные

обитатели испытывают недостаток кислорода и могут даже погибнуть.

Таким образом, наличие различных веществ на поверхности воды нарушает процессы

диффузии и может привести к нежелательным экологическим последствиям.

Поэтому нежелательны всякие ограничения свободной поверхности воды. Так,

например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить

доступ кислорода к воде и привести к гибели ее обитателей. По этой же причине сосуды с

узким горлом непригодны для использования в качестве аквариума.

§4 Влияние диффузии на жизнедеятельность человека

На явлении диффузии основаны многие физиологические процессы, происходящие в

организме человека: такие как дыхание, всасывание питательных веществ в кишечнике и

др. Мы можем защитить себя от многих болезней путем приема лекарств, которые

усваиваются организмом тоже благодаря диффузии.

Диффузия находит широкое применение в различных сферах деятельности человека.

На этом явлении основана диффузионная сварка металлов. Детали помещают в закрытую

сварочную камеру с сильным разряжением, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При

этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов материалов. Диффузионная сварка

применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном

машиностроении.

Явление диффузии используется также для получения сахарного сока из

свекловичной стружки, нагреваемой вместе с водой.

Человек научился использовать свойства диффузии и для обеспечения собственной

безопасности. Природный горючий газ, которым мы пользуемся дома, не имеет ни цвета ни

запаха. При утечке заметить его невозможно, поэтому на распределительных станциях газ

смешивают с особым веществом, обладающим резким, неприятным запахом, который легко

ощущается человеком.

§5 Вредное проявление диффузии

К сожалению, в результате развития человеческой цивилизации оказывается

негативное влияние на природу и процессы, протекающие в ней. Процесс диффузии играет

большую роль в загрязнении рек, морей, океанов. Загрязнение водоемов приводит к тому,

что в них исчезает жизнь. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с

выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание

кислорода в воде, что плохо для водных организмов.

Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик,

выхлопными газами, из-за него вредные отходы жизнедеятельности человека проникают в

почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь и функционирование животных и

растений.

§6 Опыты по изучению диффузии

Зависит ли диффузия от температуры?

1 опыт

Явление диффузии можно пронаблюдать дома при заварке чая. При проведение опыта были

использованы два стакана с холодной и горячей водой. При заваривании чая было выяснено,

что в стакане с горячей водой процесс заваривания происходил быстрее.

В домашних условиях явление диффузии проявляется всюду. Когда мама на кухне режет

лук, готовит курицу, варит обед или готовит маринад для заливки овощей, ароматы из кухни

распространяется по всей квартире.

2 опыт

Я исследовала зависимость скорости распространения аромата духов в комнате от

температуры:

из одной части комнаты в другую аромат духов распространился за 20,53 сек.;

затем я разбрызгала духи около настольной лампы, время – 14,03 сек.

Вывод: Скорость диффузии повышается с температурой, так как увеличивается скорость

движения молекул.

Диффузия вокруг нас.

Когда лучи солнца попадают в комнату, то можно наблюдать своеобразный «танец

пылинок».

По этому поводу Лукреций Кар писал:

Вот посмотри: всякий раз,

когда солнечный свет проникает

В наши жилища и мрак прорезает своими лучами,

Множество тел в пустоте, ты увидишь, мелькая,

Мечутся взад и вперёд в лучистом сиянии света.

Будто бы в вечной борьбе они бьются в сраженьях и битвах,

В схватки бросаются вдруг по отрядам, не зная покоя…

В комнатных пылинках благодаря диффузии содержатся частички плесени, молекулы

тяжелых металлов, которые содержатся в мебели, отделочных материалах и других

квартирных «благах цивилизации». С легкостью справляются с токсическими веществами,

растворенными в воздухе комнат, комнатные цветы: нефролепис, диффенбахия, молочай,

плющ, пеларгония,сансевиерия и т. д. И все это происходит благодаря диффузии

Всем известный столетник (алоэ) способен снизить

количество вредных микробов в 4раза, а кактус- опунция

в 6-7 раз уменьшает численность плесневых грибов в

воздухе. Табачный дым, покрытия из линолеума

приносят вред нашему здоровью. Комнатные растения

(фикус Бенджамина, традесканция, хлорофитум) могут

поглощать и разлагать токсические вещества.

Исследование диффузии в овощах.

Опыт с яблоками

Были использованы яблоки разных сортов: «Грей», «Антоновка», «Джонотан».

У яблок сорта «Антоновка» проникновение марганца было медленнее. Этот сорт яблок –

зимний, возможно он менее сочный, а их структура более плотная.

Опыт с овощами

Для проведения опыта использованы следующие овощи: репа, морковь, кабачок, картофель

Через три часа было обнаружено, что проникновение марганца в кабачке, картофеле было

больше, чем в репе и моркови. Репа и морковь имеют структуру более плотную, и глубина

проникновения частиц марганца была меньше.

Выводы:

 При диффузии частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами

другого вещества, и вещества перемешиваются.

 Скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.

 Диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека,

животных и растений.

Заключение

Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод о том, что явление диффузии

является одним из главных общих условий жизнедеятельности растений, животных и

человека. Без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна.

Человеку нет необходимости что–то специально делать для улучшения протекания

явления диффузии в живой природе. Просто надо исключить загрязнение окружающей

среды своей деятельностью, так как по вине человека это явление играет заметную роль в

загрязнении рек, морей и океанов, почвы и атмосферы Земли.

В пламени Солнца, в жизни и смерти далёких звезд, в воздухе, которым мы дышим,

всюду мы видим проявление всемогущей и универсальной диффузии.

Источник