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Die Physik ist eine der interessantesten, geheimnisvollsten und zugleich logischsten Wissenschaften. Sie erklärt alles, was man erklären kann, sogar wie Tee süß und Suppe salzig wird. Ein echter Physiker würde es anders sagen: So kommt es zur Diffusion in Flüssigkeiten.

Diffusion

Diffusion ist der magische Vorgang des Eindringens kleinster Teilchen einer Substanz in die intermolekularen Räume einer anderen. Eine solche Durchdringung beruht übrigens auf Gegenseitigkeit.

Wissen Sie, wie dieses Wort aus dem Lateinischen übersetzt wird? Ausbreiten, ausbreiten.

Wie kommt es zur Diffusion in Flüssigkeiten?

Diffusion kann bei der Wechselwirkung aller Stoffe beobachtet werden: flüssig, gasförmig und fest.

Um herauszufinden, wie die Diffusion in Flüssigkeiten abläuft, können Sie versuchen, ein paar Körner Farbe, gemahlenes Blei oder beispielsweise Kaliumpermanganat in ein durchsichtiges Gefäß zu werfen sauberes Wasser. Es ist besser, wenn dieses Gefäß groß ist. Was werden wir sehen? Zunächst sinken die Kristalle unter dem Einfluss der Schwerkraft zu Boden, doch nach einer Weile entsteht um sie herum ein Halo aus farbigem Wasser, der sich immer weiter ausbreitet. Wenn wir uns diesen Gefäßen mindestens mehrere Wochen lang nicht nähern, werden wir feststellen, dass sich das Wasser fast vollständig verfärbt.

Ein weiteres klares Beispiel. Damit sich Zucker oder Salz schneller auflösen, müssen sie in Wasser eingerührt werden. Geschieht dies jedoch nicht, löst sich der Zucker oder das Salz nach einiger Zeit von selbst auf: Der Tee oder das Kompott wird süß und die Suppe oder Salzlake wird salzig.

Wie Diffusion in Flüssigkeiten erfolgt: Erfahrung

Um festzustellen, wie die Diffusionsgeschwindigkeit von der Temperatur der Substanz abhängt, können Sie ein kleines, aber sehr aussagekräftiges Experiment durchführen.

Nehmen wir zwei Gläser mit dem gleichen Volumen: eines mit kaltes Wasser, der andere - mit heiß. Geben Sie in beide Gläser die gleiche Menge Instantpulver (z. B. Kaffee oder Kakao). In einem der Gefäße beginnt sich das Pulver stärker aufzulösen. Weißt du welches genau? Kannst du es erraten? Wo die Wassertemperatur höher ist! Schließlich kommt es bei der zufälligen chaotischen Bewegung von Molekülen zur Diffusion, und bei hohen Temperaturen erfolgt diese Bewegung viel schneller.

Diffusion kann in jeder Substanz stattfinden; nur die Zeit, die benötigt wird, bis dieses Phänomen auftritt, ist unterschiedlich. Die höchste Geschwindigkeit herrscht in Gasen. Deshalb kann es nicht im Kühlschrank aufbewahrt werden. Butter neben Hering oder Schmalz, gerieben mit fein gehacktem Knoblauch. Als nächstes kommen die Flüssigkeiten (von der niedrigsten zur höchsten Dichte). Und am langsamsten ist die Diffusion von Feststoffen. Obwohl es auf den ersten Blick keine Diffusion in Festkörpern gibt.

Unter den zahlreichen Phänomenen der Physik ist der Diffusionsprozess einer der einfachsten und verständlichsten. Schließlich hat man jeden Morgen bei der Zubereitung von aromatischem Tee oder Kaffee die Möglichkeit, diese Reaktion in der Praxis zu beobachten. Erfahren Sie mehr über diesen Prozess und die Bedingungen für sein Auftreten in verschiedenen Aggregatzuständen.

Was ist Diffusion?

Dieses Wort bezieht sich auf das Eindringen von Molekülen oder Atomen derselben Substanz zwischen ähnlichen Struktureinheiten ein anderer. In diesem Fall wird die Konzentration eindringender Verbindungen ausgeglichen.

Dieser Vorgang wurde erstmals 1855 von dem deutschen Wissenschaftler Adolf Fick ausführlich beschrieben.

Name diese Bezeichnung wurde vom lateinischen diffusio (Wechselwirkung, Streuung, Verteilung) abgeleitet.

Diffusion in Flüssigkeit

Der betrachtete Prozess kann bei Stoffen in allen drei Aggregatzuständen ablaufen: gasförmig, flüssig und fest. Finden praktische Beispiele Dazu müssen Sie nur in die Küche schauen.

Borschtsch, der auf dem Herd köchelt, ist einer davon. Unter dem Einfluss der Temperatur reagieren Glucosin-Betanin-Moleküle (die Substanz, die den Rüben eine so satte scharlachrote Farbe verleiht) gleichmäßig mit Wassermolekülen und verleihen ihnen einen einzigartigen burgunderroten Farbton. Dieser Fall liegt in Flüssigkeiten vor.

Neben Borschtsch lässt sich dieser Vorgang auch bei einem Glas Tee oder Kaffee beobachten. Beide Getränke haben einen so gleichmäßigen, satten Farbton, weil sich die Brühe oder die Kaffeepartikel beim Auflösen in Wasser gleichmäßig zwischen ihren Molekülen verteilen und sie färben. Die Wirkung aller beliebten Instantgetränke der Neunzigerjahre basiert auf dem gleichen Prinzip: Yupi, Invite, Zuko.

Durchdringung von Gasen

Geruchstragende Atome und Moleküle sind in aktiver Bewegung und vermischen sich dadurch mit bereits in der Luft enthaltenen Partikeln und verteilen sich relativ gleichmäßig im Raum.

Dies ist eine Manifestation der Diffusion in Gasen. Bemerkenswert ist, dass auch das Einatmen der Luft selbst mit dem betrachteten Vorgang zusammenhängt, ebenso wie der appetitliche Duft von frisch zubereitetem Borschtsch in der Küche.

Diffusion in Feststoffen

Der Küchentisch, auf dem Blumen stehen, ist mit einer hellen Tischdecke bedeckt. gelbe Farbe. Aufgrund der Diffusionsfähigkeit in Feststoffen erhielt es einen ähnlichen Farbton.

Der Prozess, der Leinwand einen gleichmäßigen Farbton zu verleihen, erfolgt in mehreren Schritten wie folgt.

1. Gelbe Pigmentpartikel diffundierten im Farbtank in Richtung des Fasermaterials.
2. Anschließend wurden sie von der Außenfläche des zu färbenden Stoffes absorbiert.
3. Der nächste Schritt bestand darin, den Farbstoff erneut zu diffundieren, dieses Mal jedoch in die Fasern des Stoffes.
4. Schließlich fixierte der Stoff Pigmentpartikel und wurde so gefärbt.

Diffusion von Gasen in Metallen

Wenn wir über diesen Prozess sprechen, betrachten wir normalerweise die Wechselwirkungen von Substanzen in identischen Aggregatzuständen. Zum Beispiel Diffusion in Festkörpern, Feststoffen. Um dieses Phänomen zu beweisen, wird ein Experiment mit zwei gegeneinander gepressten Metallplatten (Gold und Blei) durchgeführt. Die gegenseitige Durchdringung ihrer Moleküle erfolgt über einen längeren Zeitraum (einen Millimeter in fünf Jahren). Mit diesem Verfahren werden ungewöhnliche Schmuckstücke hergestellt.

Allerdings sind auch Verbindungen in unterschiedlichen Aggregatzuständen zur Diffusion befähigt. Beispielsweise kommt es zur Diffusion von Gasen in Festkörpern.

In Experimenten wurde nachgewiesen, dass ein ähnlicher Prozess im atomaren Zustand abläuft. Zur Aktivierung ist in der Regel eine deutliche Temperatur- und Druckerhöhung erforderlich.

Ein Beispiel für eine solche Gasdiffusion in Feststoffen ist die Wasserstoffkorrosion. Es manifestiert sich in Situationen, in denen Wasserstoffatome (H2), die bei einer chemischen Reaktion unter dem Einfluss hoher Temperaturen (von 200 bis 650 Grad Celsius) entstehen, zwischen die Strukturpartikel des Metalls eindringen.

Neben Wasserstoff kann es in Festkörpern auch zur Diffusion von Sauerstoff und anderen Gasen kommen. Dieser für das Auge unsichtbare Vorgang bringt großen Schaden mit sich, da Metallkonstruktionen dadurch einstürzen können.

Diffusion von Flüssigkeiten in Metallen

Allerdings können nicht nur Gasmoleküle in Feststoffe eindringen, sondern auch in Flüssigkeiten. Wie bei Wasserstoff führt dieser Prozess am häufigsten zu Korrosion (falls vorhanden). wir reden überüber Metalle).

Ein klassisches Beispiel für die Diffusion von Flüssigkeiten in Festkörpern ist die Korrosion von Metallen unter dem Einfluss von Wasser (H 2 O) oder Elektrolytlösungen. Den meisten ist dieser Vorgang eher unter dem Namen Rosten bekannt. Im Gegensatz zur Wasserstoffkorrosion kommt sie in der Praxis deutlich häufiger vor.

Bedingungen für die Beschleunigung der Diffusion. Diffusionskoeffizient

Nachdem Sie herausgefunden haben, in welchen Stoffen der betreffende Prozess ablaufen kann, lohnt es sich, die Bedingungen für seinen Ablauf herauszufinden.

Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt zunächst davon ab, in welchem ​​Aggregatzustand sich die interagierenden Stoffe befinden. Je länger die Reaktion stattfindet, desto langsamer ist ihre Geschwindigkeit.

In dieser Hinsicht wird die Diffusion in Flüssigkeiten und Gasen immer aktiver sein als in Festkörpern.

Wenn man beispielsweise Kristalle von Kaliumpermanganat KMnO 4 (Kaliumpermanganat) ins Wasser wirft, verleihen sie ihm innerhalb weniger Minuten eine schöne purpurrote Farbe. Wenn Sie jedoch KMnO 4 -Kristalle auf ein Stück Eis streuen und alles in den Gefrierschrank legen, kann das Kaliumpermanganat nach einigen Stunden das gefrorene H 2 O nicht vollständig färben.

Aus dem vorherigen Beispiel können wir eine weitere Schlussfolgerung über die Diffusionsbedingungen ziehen. Neben dem Aggregatzustand beeinflusst auch die Temperatur die Geschwindigkeit der gegenseitigen Durchdringung der Partikel.

Um die Abhängigkeit des betrachteten Prozesses davon zu berücksichtigen, lohnt es sich, sich mit einem Konzept wie dem Diffusionskoeffizienten vertraut zu machen. Dies ist die Bezeichnung für das quantitative Merkmal seiner Geschwindigkeit.

In den meisten Formeln wird es mit dem lateinischen Großbuchstaben D angegeben und im SI-System wird es in Quadratmetern pro Sekunde (m²/s), manchmal in Zentimetern pro Sekunde (cm 2 /m) gemessen.

Der Diffusionskoeffizient ist gleich der Stoffmenge, die über eine Zeiteinheit durch eine Einheitsoberfläche gestreut wird, vorausgesetzt, dass der Unterschied in den Dichten auf beiden Oberflächen (in einem Abstand gleich einer Einheitslänge) gleich Eins ist. Die Kriterien, die D bestimmen, sind die Eigenschaften der Substanz, in der der Partikelstreuprozess selbst stattfindet, und deren Art.

Die Abhängigkeit des Koeffizienten von der Temperatur kann mit der Arrhenius-Gleichung beschrieben werden: D = D 0exp (-E/TR).

In der betrachteten Formel ist E die minimale Energie, die zur Aktivierung des Prozesses erforderlich ist; T – Temperatur (gemessen in Kelvin, nicht Celsius); R ist die Gaskonstante, die für ein ideales Gas charakteristisch ist.

Darüber hinaus wird die Diffusionsgeschwindigkeit in Feststoffen und Flüssigkeiten in Gasen durch Druck und Strahlung (Induktion oder Hochfrequenz) beeinflusst. Darüber hinaus hängt viel von der Anwesenheit einer katalytischen Substanz ab; diese fungiert oft als Auslöser für die aktive Dispersion von Partikeln.

Diffusionsgleichung

Dieses Phänomen ist eine besondere Art der partiellen Differentialgleichung.

Ziel ist es, die Abhängigkeit der Konzentration einer Substanz von der Größe und den Koordinaten des Raums (in dem sie diffundiert) sowie der Zeit zu ermitteln. In diesem Fall charakterisiert der angegebene Koeffizient die Durchlässigkeit des Mediums für die Reaktion.

Am häufigsten wird die Diffusionsgleichung wie folgt geschrieben: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x.

Darin ist φ (t und r) die Dichte der Streumaterie am Punkt r zum Zeitpunkt t. D (φ, r) ist der verallgemeinerte Diffusionskoeffizient bei der Dichte φ am Punkt r.

∇ ist ein Vektordifferentialoperator, dessen Koordinatenkomponenten partielle Ableitungen sind.

Wenn der Diffusionskoeffizient dichteabhängig ist, ist die Gleichung nichtlinear. Wenn nicht - linear.

Nachdem wir die Definition von Diffusion und die Merkmale dieses Prozesses in verschiedenen Umgebungen untersucht haben, können wir feststellen, dass er sowohl positive als auch negative Seiten hat.

V Interregionale Martynov-Lesungen

Richtung- Forschung

„In der Welt der physikalischen und mathematischen Wissenschaften“

GEHEIMNISVOLLE VERBREITUNG

Ageeva Ulyana

Schüler 2 „A“

MBOU-Sekundarschule Nr. 1

r.p. Stepnoe

Bezirk Sowjetski

Region Saratow

Aufsicht:

Ageeva Veronika Gennadievna

EINFÜHRUNG

Ziel der Arbeit:

ü Betrachten Sie das Phänomen der Diffusion

Aufgaben:

ü beweisen, dass die Diffusion von der Temperatur abhängt;

ü Betrachten Sie Beispiele für die Verbreitung in Heimexperimenten.

ü Stellen Sie sicher, dass die Diffusion in verschiedenen Substanzen unterschiedlich erfolgt.

Relevanz:; Verbreitung hat sehr wichtig im menschlichen Leben, bei Tieren und Pflanzen sowie in der Technik

Ich liebe es wirklich, mit Duschgel zu baden. Ich stelle auch gerne Fragen. Und eines Tages dachte ich:

ü Warum löst sich das Gel in Wasser auf?

ü Warum verschwindet der Geruch des Gels auch nach dem Baden nicht?

Ich stellte meiner Lehrerin Valeria diese Fragen und sie sagte ein mysteriöses Wort: „DIFFUSION“. Ich begann sofort nach einer Antwort zu suchen neue Frage: Was ist es? Um eine Antwort zu erhalten, wandten wir uns hilfesuchend an einen Physiklehrer (nicht umsonst haben wir dieses Jahr in unseren Zirkelklassen begonnen, uns mit der Physik vertraut zu machen). Das haben Valeria und ich gehört.

HAUPTTEIL

DIFFUSIONSPhäNOMEN - THEORIE.

Diffusion- Dies ist die spontane Vermischung sich berührender Substanzen, die als Folge der chaotischen (ungeordneten) Bewegung von Molekülen auftritt.

Eine andere Definition: Diffusion(lat. diffusion- Ausbreiten, Ausbreiten, Zerstreuen) ist der Prozess der Übertragung von Materie oder Energie von einem Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration.

Am meisten berühmtes Beispiel Unter Diffusion versteht man die Vermischung von Gasen oder Flüssigkeiten (wenn Tinte in Wasser getropft wird, färbt sich die Flüssigkeit nach einiger Zeit gleichmäßig).

Diffusion findet in Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen statt. Die Diffusion erfolgt am schnellsten in Gasen, langsamer in Flüssigkeiten und noch langsamer in Feststoffen, was auf die Art der thermischen Bewegung von Partikeln in diesen Medien zurückzuführen ist. Die Flugbahn jedes Gasteilchens ist eine gestrichelte Linie, weil Bei Kollisionen ändern Teilchen die Richtung und Geschwindigkeit ihrer Bewegung. Über Jahrhunderte hinweg schweißten Arbeiter Metalle und stellten Stahl her, indem sie festes Eisen in einer Kohlenstoffatmosphäre erhitzten, ohne die geringste Ahnung von den dabei ablaufenden Diffusionsprozessen zu haben. Erst 1896 begann, das Problem zu untersuchen.

Der englische Metallurge William Roberts-Austin hat in einem einfachen Experiment die Diffusion von Gold in Blei gemessen. Er schmolz eine dünne Goldscheibe auf das Ende eines 2,45 cm langen Zylinders aus reinem Blei, stellte den Zylinder in einen Ofen, in dem die Temperatur bei etwa 200 °C gehalten wurde, und ließ ihn zehn Tage lang im Ofen . Es stellte sich heraus, dass am „sauberen Ende“ eine durchaus messbare Menge Gold durch den gesamten Zylinder geflossen war. Das beweist es einmal mehr. dass die Diffusionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur sehr schnell zunimmt. Beispielsweise diffundiert Zink bei 300 0 C fast 100 Millionen Mal schneller in Kupfer als bei Raumtemperatur.

Die Diffusion von Molekülen ist sehr langsam. Legt man beispielsweise ein Stück Zucker auf den Boden eines Glases Wasser und rührt das Wasser nicht um, dauert es mehrere Wochen, bis die Lösung homogen wird.

DIFFUSIONSPhäNOMEN - PRAXIS.

Wir haben eine physikalische Erklärung gefunden. Mir wurde klar, dass die Verbreitung in vielen Haushaltsprozessen verfolgt werden kann:

a) Gemüse einlegen;

b) Gewinnung von Zucker;

c) Marmelade herstellen;

d) Färben von Stoffen;

e) Dinge waschen usw.

Und dann beschloss ich, wie immer, das Geheimnis näher kennenzulernen. Denn jedes Kind weiß: Um zu verstehen, muss man „anfassen“. Kann ich die Diffusion „anfassen“?

Um Antworten auf meine Fragen zu finden, fuhr ich mit Schritt zwei fort. Von der Theorie ging es weiter zur Praxis, also zu Experimenten.

Ich bade in warmem Wasser. Das Duschgel löst sich darin recht schnell auf. Interessant:

Hängt die Diffusion von der Temperatur ab?

Experiment – ​​Diffusion in Flüssigkeit

Die Auflösungsgeschwindigkeit von Kaffee und Zucker in Wasser bei verschiedenen Temperaturen wurde untersucht.

Während des Experiments wurden zwei Gläser verwendet – kalt und heißes Wasser. Beim Aufbrühen zeigte sich, dass in einem Glas heißem Wasser der Auflösungsprozess schneller ablief.

Experimentieren Sie mit dem Auflösen farbiger Bonbons

Gemeinsam führten wir das folgende Experiment durch. 4 Bonbons unterschiedlicher Farbe wurden in einen Behälter mit kaltem Wasser gegeben. Wir haben es zeitlich festgelegt. Erst nach 7 Minuten begann die Flüssigkeit sich zu färben

Abschluss: Das Diffusionsphänomen ist temperaturabhängig, bei hoher Temperatur tritt es schneller auf.

Experiment - Diffusion in Gasen.

Ich habe die Diffusionsprozesse in Flüssigkeiten herausgefunden. Was ist mit Gerüchen, also Gasen?

Wenn ich in der Küche Zwiebeln schneide, das Abendessen koche, das Mittagessen koche oder eine Marinade zum Übergießen von Gemüse zubereite (ich liebe das Kochen!), verbreiten sich die Düfte der Küche in der ganzen Wohnung. Dies ist auch auf die Diffusion zurückzuführen

Gase-Gerüche.

Gerüche? Ich liebe Gerüche!

Erfahrung mit unter Druck stehenden Gasen

Ich habe die Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Aromaausbreitung in einem Raum von der Temperatur untersucht:

Der Duft des Lufterfrischers breitete sich in 20,53 Sekunden von einem Raum zum anderen aus;

Dann habe ich den Lufterfrischer in der Nähe der Tischlampe aufgesprüht, Zeit – 14,03 Sekunden.

Abschluss: Die Diffusionsgeschwindigkeit nimmt mit der Temperatur zu, da die Erwärmung die Geschwindigkeit erhöht, mit der sich Moleküle bewegen.

Und es ist der Geruch, der Insekten anzieht und so bei der Bestäubung von Pflanzen hilft. (Ich liebe den Geruch von Pflanzen. Vielleicht bin ich ein Insekt? Ich muss in aller Ruhe darüber nachdenken.)

Experimente mit Mangan (Penetration abhängig von der Dichte)

Es wurden Äpfel verschiedener Sorten verwendet: „Gray“ (2), „Antonovka“ (1), „Jonathan“ (3).

Bei Äpfeln der Sorte Antonovka (1) erfolgte das Eindringen von Mangan langsamer. Diese Apfelsorte ist winterhart, vielleicht weniger saftig und ihre Struktur ist dichter.

Für den nächsten Versuch wurden folgende Gemüsesorten verwendet: Rüben, Karotten, Zucchini, Kartoffeln.

Nach drei Stunden wurde festgestellt, dass die Manganpenetration in Kürbissen und Kartoffeln größer war als in Rüben und Karotten. Rüben und Karotten haben eine dichtere Struktur und die Eindringtiefe der Manganpartikel war geringer.

Abschluss: Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt von der Dichte der kontaktierenden Materialien ab.

— Wissenschaftler haben ein Gesetz bemerkt
Was wäre, wenn zwei Metalle nahe beieinander liegen?
Dann, nach einer Weile, auf jeder Seite,
Die Moleküle bewegen sich aufeinander zu. Und eine Menge...
Und wenn die Komponenten schwächer sind,
Moleküle bewegen sich noch kühner...

Deshalb ist es für uns so einfach, mit Plastilin zu arbeiten.

DIFFUSION UND SICHERHEIT

Das brennbare Propangas, das wir zu Hause zum Kochen verwenden, ist farblos. Daher wäre es schwierig, ein Gasleck sofort zu bemerken. Und wenn es ein Leck gibt, breitet sich das Gas durch Diffusion im ganzen Raum aus, und wir nehmen seine Ausbreitung durch den Geruch wahr. Unterdessen entsteht bei einem bestimmten Verhältnis von Gas zu Luft in einem geschlossenen Raum ein Gemisch, das explodieren kann. Zum Beispiel aus einem brennenden Streichholz. Das Gas kann auch bei Menschen zu Vergiftungen führen.

Achtung, seien Sie vorsichtig und merken Sie sich unbedingt die Gasservice-Nummer 04!

Wenn die Sonnenstrahlen in den Raum eindringen, kann man eine Art „Tanz der Staubpartikel“ beobachten.

Zu diesem Anlass schrieb Lucretius Carus:

Schauen Sie sich das an: Immer wenn das Sonnenlicht durchkommt

In unsere Häuser, und die Dunkelheit schneidet mit ihren Strahlen durch,

Viele Körper im Nichts werden Sie sehen, flackernd,

Sie rasen im strahlenden Lichtschein hin und her.

Wie in einem ewigen Kampf kämpfen sie in Schlachten und Schlachten,

Sie stürzen sich plötzlich in Trupps in die Schlacht, ohne den Frieden zu kennen…

Staubpartikel in Innenräumen enthalten aufgrund der Diffusion Schimmelpartikel, Schwermetallmoleküle, die in Möbeln, Veredelungsmaterialien und anderen „Vorzügen der Zivilisation“ der Wohnung enthalten sind.

Zimmerblumen kommen problemlos mit in der Raumluft gelösten Giftstoffen zurecht: Nephrolepis, Dieffenbachia, Wolfsmilch, Efeu, Pelargonie, Sansevieria usw. Und das alles geschieht dank Diffusion.

Die bekannte Agave (Aloe) kann die Zahl schädlicher Mikroben um das Vierfache reduzieren und der Feigenkaktus reduziert die Zahl der Schimmelpilze in der Luft um das Sechs- bis Siebenfache.

Tabakrauch und Linoleumbeläge sind gesundheitsschädlich. Zimmerpflanzen(Ficus Benjamin, Tradescantia, Chlorophytum) können giftige Stoffe aufnehmen und abbauen.

SPANNENDE DIFFUSION.

Das Phänomen der Diffusion lässt sich nicht nur in Lehrbüchern verfolgen. Da ich noch in der 2. Klasse bin, hat mich dieser Aspekt des Themas auch interessiert. Valeria und ich haben mehrere interessante Websites gefunden, die sich mit Physikfragen für Kinder befassen. Sie haben uns geholfen, meinen Klassenkameraden etwas über Verbreitung beizubringen.

Grigory Osters Problem

Die vierjährige Mascha schlich sich hinter ihre Mutter an den Spiegel und schüttete ihr völlig lautlos drei Flaschen französisches Parfüm auf den Kopf.

Wie konnte Mutter, die mit dem Rücken zu Mascha saß, erraten, was passiert ist?

Kolya und Vitya

Eines Tages trafen sich zwei Freunde-Schüler 2 „A“ – Kolya und Vitya. Sie haben sich schon lange nicht mehr gesehen.

„Und ich kenne mich schon mit Physik aus“, prahlt Kolya.

Und ich weiß es auch“, sagt Vitya. Und sie begannen miteinander mit ihrem Wissen zu prahlen. Kolja:

Ich weiß, dass kleinstes Teilchen Substanz ist ein Molekül".

Denken Sie nur! Aber das weiß ich Alle Moleküle bestehen aus Atomen.

Weißt du, dass Moleküle können durch ein Mikroskop gesehen werden?

Aber du, Kolya, weißt das Je geringer die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle ist, desto höher ist die Temperatur eines bestimmten Körpers A?

Ich wüsste es nicht! Das weiß jeder! Hast du das gehört? Stoffe können in drei Zuständen vorliegen: flüssig, fest und gasförmig?
Vitya:

Natürlich habe ich es gehört! Ich kenne sogar ihre Eigenschaften. Flüssigkeiten behalten ihre Form, verändern aber ihr Volumen, während Feststoffe weder Form noch Volumen behalten. Gase verändern Form und Volumen".
Kolya:

Dann beantworte meine Frage: Verläuft die Diffusion in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen gleich schnell?
Vitya:

Dasselbe. Dafür ist die Verbreitung da, Bruder.

Hat VITIA RECHT?

Kolobok.

Da waren ein alter Mann und eine alte Frau.
So moduliert der alte Mann die alte Frau akustisch:
- Bewegen Sie sich, alte Frau, kratzen Sie um den Getreidespeicher herum, markieren Sie den Aufzug und sehen Sie, ob Sie Mehl auf einen Toroiden oder Ellipsoiden kratzen können.
Die alte Frau nahm eine Vakuumpumpe, kratzte durch den Getreidespeicher, fegte den Aufzug entlang und kratzte einhundert Kubikzentimeter Mehl zusammen.
Sie stellte eine kolloidale Mischung aus Mehl und Sauerrahm her, formte ein kugelförmiges Brötchen, behandelte es thermisch in ungesättigten Fettsäuren und stellte es ans Fenster. Zum Temperieren.
Der Lebkuchenmann ruhte, ruhte sich aus und begann sich dann zu bewegen: vom Fenster zur Bank, von der Bank zum Boden, auf dem Boden zur Tür, sprang über die Schwelle – und in den Eingangsbereich, vom Eingangsbereich zur Veranda, Von der Veranda bis zum Hof, vom Hof ​​bis zum Tor nimmt die zurückgelegte Strecke exponentiell zu.
Kolobok bewegt sich die Straße entlang und der Hase trifft ihn:
- Nimm mich nicht auf, Hase, ich sage dir Newtons erstes Gesetz:
Es gibt solche Bezugssysteme, sogenannte Trägheitssysteme, relativ zu denen ein materieller Punkt ohne äußere Einflüsse die Größe und Richtung seiner Geschwindigkeit auf unbestimmte Zeit beibehält.
Und er rollte mit gleichmäßiger Beschleunigung über die Straße – nur der Hase beobachtete ihn!
Kolobok bewegt sich und der Wolf trifft ihn:
- Kolobok, Kolobok, ich werde dich absorbieren!
- Nimm mich nicht auf Grauer Wolf, ich verrate Ihnen Newtons zweites Gesetz:
In einem Trägheitsbezugssystem ist die Beschleunigung, die ein materieller Punkt erfährt, direkt proportional zur Resultierenden aller auf ihn einwirkenden Kräfte und umgekehrt proportional zu seiner Masse.
Und er hat kinetische Energie gewonnen – nur der Wolf hat die Tscherenkow-Strahlung eingefangen!
Kolobok bewegt sich gleichmäßig und der Bär trifft ihn:
- Kolobok, Kolobok, ich werde dich absorbieren!
- Wo kannst du, Klumpfuß, mich absorbieren! Hier ist Newtons drittes Gesetz, denken Sie darüber nach:
Materielle Punkte interagieren miteinander durch Kräfte gleicher Art, die entlang der diese Punkte verbindenden Geraden gerichtet sind, gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind.
Und wieder begann er seine Position im Raum zu ändern – nur der Bär integrierte seine Bewegungsgleichung!
Kolobok zieht um und der Fuchs trifft ihn:
- Kolobok, Kolobok, sag mir den Endpunkt deiner Flugbahn?
- Ich bewege mich entlang des Antigradienten des Geopotentials, verstehen Sie?
- Kolobok, Kolobok, sag es mir über Verbreitung!
Kolobok sang:
Normalerweise werden unter Diffusion Prozesse verstanden, die mit der Übertragung von Stoffen einhergehen, manchmal werden jedoch auch andere Übertragungsprozesse als Diffusion bezeichnet: Wärmeleitfähigkeit, viskose Reibung usw.
Ein Beispiel für Diffusion ist die Vermischung von Gasen (z. B. Geruchsausbreitung) oder Flüssigkeiten (wenn Tinte in Wasser getropft wird, färbt sich die Flüssigkeit nach einiger Zeit gleichmäßig). Ein weiteres Beispiel ist mit einem Festkörper verbunden: Atome sich berührender Metalle vermischen sich an der Kontaktgrenze. Die Teilchendiffusion spielt in der Plasmaphysik eine wichtige Rolle.
Und Lisa sagt:
- Oh, das Lied ist gut, aber die Hörorgane haben nachgelassen. Kolobok, Kolobok, bewege dich auf meine Zehenspitzen und singe noch einmal, lauter.
Der Lebkuchenmann änderte seine Koordinaten entsprechend den Problembedingungen und sang dasselbe Lied lauter.
Und Lisa sagte ihm noch einmal:
- Kolobok, Kolobok, setz dich auf meine Zunge und singe zum letzten Mal.
Das Brötchen sprang auf die Zunge des Fuchses und der Fuchs machte ein Geräusch! - und absorbierte es.

Abhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit von Molekülen von der Temperatur eines Stoffes. Abhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit von Molekülen von der Temperatur eines Stoffes. Projektautor: Maxim Karapuzov, Schüler der 7. Klasse. Projektautor: Maxim Karapuzov, Schüler der 7. Klasse MBOU-Klasse„SEKUNDÄRE BILDUNGSSCHULE 40“ DES BELGORODSKY-BEZIRKS, STARY OSCOL Leiterin: Gavryushina Lyudmila Konstantinovna, Physiklehrerin, Physiklehrerin, MBOU „SEKUNDÄRE BILDUNGSSCHULE 40“ BELGORODSKY-BEZIRK, STARY OSCOL

Problemstellung Warum vermischen sich Stoffe? Warum vermischen sich Stoffe? Welche Rolle spielt die Verbreitung in der Welt um uns herum? Welche Rolle spielt die Verbreitung in der Welt um uns herum? Wovon hängt der Diffusionsprozess ab? Wovon hängt der Diffusionsprozess ab?

Interpretation der Ergebnisse Diffusion ist ein Zeitprozess. Die Diffusionsdauer hängt von der Temperatur und der Art des Stoffes ab: Je höher die Temperatur, desto schneller erfolgt der Diffusionsprozess. Als Ergebnis der Experimente war ich überzeugt, dass die von mir aufgestellte Hypothese vollständig bestätigt wurde. Tatsächlich erfolgt die Diffusion von Molekülen in einer Flüssigkeit mit steigender Temperatur schneller. Je größer die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle eines Körpers ist, desto höher ist seine Temperatur

Diffusionsrate

Diffusion ist eines der einfachsten Phänomene, die im Rahmen eines Physikstudiums untersucht werden. Dieser Prozess kann auf der alltäglichen Alltagsebene dargestellt werden.

Verbreitung ist physikalischer Vorgang gegenseitiges Eindringen von Atomen und Molekülen derselben Substanz zwischen derselben Strukturelemente eine andere Substanz. Das Ergebnis dieses Prozesses ist die Angleichung des Konzentrationsniveaus in den eindringenden Verbindungen. Das Diffundieren oder Mischen kann jeden Morgen in der eigenen Küche beobachtet werden, wenn man Tee, Kaffee oder andere Getränke zubereitet, die mehrere Grundkomponenten enthalten.

Ein ähnlicher Vorgang konnte erstmals Mitte des 19. Jahrhunderts von Adolf Fick wissenschaftlich beschrieben werden. Er gab ihm den ursprünglichen Namen, der aus übersetzt wird Lateinische Sprache als Interaktion oder Verteilung.

Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt von mehreren Faktoren ab:

• Körpertemperatur;
• Aggregatzustand des untersuchten Stoffes.

In verschiedenen Gasen, in denen die Abstände zwischen den Molekülen sehr groß sind, ist die Diffusionsgeschwindigkeit am größten. In Flüssigkeiten, in denen der Abstand zwischen den Molekülen deutlich kleiner wird, nimmt auch die Geschwindigkeit ab. Die geringste Diffusionsgeschwindigkeit wird in Festkörpern beobachtet, da molekulare Bindungen eine strenge Ordnung aufweisen. Atome und Moleküle selbst führen an einer Stelle leichte Schwingungsbewegungen aus. Die Diffusionsgeschwindigkeit nimmt mit steigender Umgebungstemperatur zu.

Ficks Gesetz

Anmerkung 1

Die Diffusionsgeschwindigkeit wird üblicherweise anhand der Stoffmenge gemessen, die pro Zeiteinheit übertragen wird. Alle Wechselwirkungen müssen über die Querschnittsfläche der Lösung erfolgen.

Die Grundformel für die Diffusionsrate lautet:

$\frac(dm)(dt)=-DC\frac(dC)(dx)$, wobei:

• $D$ ist der Proportionalitätskoeffizient,
• $S$ ist die Oberfläche und das „-“-Zeichen zeigt an, dass die Diffusion von dieser Fläche ausgeht höhere Konzentration zu weniger.

Diese Formel wurde von Fick in Form einer mathematischen Beschreibung vorgelegt.

Demnach ist die Diffusionsgeschwindigkeit direkt proportional zum Konzentrationsgradienten und der Fläche, durch die der Diffusionsprozess stattfindet. Der Proportionalitätskoeffizient bestimmt die Diffusion eines Stoffes.

Der berühmte Physiker Albert Einstein leitete Gleichungen für den Diffusionskoeffizienten ab:

$D=RT/NA \cdot 1/6\pi\etaŋr$, wobei:

• $R$ ist die universelle Gaskonstante,
• $T$ ist die absolute Temperatur,
• $r$ ist der Radius der diffundierenden Teilchen,
• $D$ - Diffusionskoeffizient,
• $ŋ$ ist die Viskosität des Mediums.

Aus diesen Gleichungen folgt, dass die Diffusionsgeschwindigkeit zunimmt:

• wenn die Temperatur steigt;
• mit steigendem Konzentrationsgradienten.

Die Diffusionsgeschwindigkeit nimmt ab:

• mit zunehmender Lösungsmittelviskosität;
• mit zunehmender Größe der diffundierenden Partikel.

Steigt die Molmasse, sinkt der Diffusionskoeffizient. In diesem Fall nimmt auch die Diffusionsgeschwindigkeit ab.

Beschleunigung der Diffusion

Es gibt verschiedene Bedingungen, die zur Beschleunigung der Diffusion beitragen. Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt vom Aggregatzustand des untersuchten Stoffes ab. Die hohe Dichte des Materials verlangsamt die chemische Reaktion. Die Geschwindigkeit der Wechselwirkung von Molekülen wird beeinflusst durch Temperaturregime. Ein quantitatives Merkmal der Diffusionsgeschwindigkeit ist der Koeffizient. Im SI-Maßsystem wird es als lateinisch bezeichnet Großbuchstaben D. Sie wird in Quadratzentimetern oder Metern pro Sekunde gemessen.

Definition 1

Der Diffusionskoeffizient ist gleich der Menge eines Stoffes, die über eine bestimmte Oberflächeneinheit unter einem anderen Stoff verteilt wird. Die Interaktion muss über eine Zeiteinheit erfolgen. Um das Problem effektiv zu lösen, muss ein Zustand erreicht werden, bei dem der Unterschied in den Dichten auf beiden Oberflächen gleich eins ist.

Auch die Diffusionsgeschwindigkeit von Feststoffen und Flüssigkeiten in Gasen wird durch Druck und Strahlung beeinflusst. Strahlung kann sein verschiedene Typen, einschließlich Induktion, sowie Hochfrequenz. Die Diffusion beginnt, wenn man einer bestimmten Katalysatorsubstanz ausgesetzt wird. Sie wirken häufig als Auslöser für die Entstehung eines stabilen Partikeldispersionsprozesses.

Mithilfe der Arrhenius-Gleichung wird die Abhängigkeit des Koeffizienten von der Temperatur beschrieben. Es sieht aus wie das:

$D = D0exp(-E/TR)$, wobei:

• $T$ ist die absolute Temperatur, die in Kelvin gemessen wird,
• $E$ ist die minimale Energie, die für die Diffusion erforderlich ist.

Die Formel ermöglicht es uns, mehr darüber zu verstehen Charakteristische Eigenschaften den gesamten Diffusionsprozess und bestimmt die Reaktionsgeschwindigkeit.

Spezielle Diffusionsmethoden

Heute ist eine Anwendung praktisch unmöglich konventionelle Methoden zur Bestimmung des Molekulargewichts von Proteinen. Sie basieren in der Regel auf der Messung:

• Dampfdruck;
• Erhöhung des Siedepunkts;
• Senkung des Gefrierpunkts von Lösungen.

Um das Problem effektiv zu lösen, werden spezielle Methoden eingesetzt, die zur Untersuchung von Substanzen mit hoher Molekülstruktur entwickelt wurden. Dabei geht es um die Bestimmung der Diffusionsgeschwindigkeit oder Viskosität von Lösungen.

Die Methode zur Bestimmung der Orientierung und Form von Poren aus der Diffusionsrate basiert auf der Untersuchung von Dialyseraten. In diesem Moment sollte freie Diffusion in der Membran stattfinden.

Zur Bestimmung der Natriumdiffusionsgeschwindigkeit können auch verschiedene Radioisotope verwendet werden. Diese spezielle Methode wird zur Lösung von Problemen im Bereich der Mineralogie und Geologie eingesetzt.

Aktiv genutzt wird die Diffusionsmethode, die auf der Bestimmung der Diffusion von Makromolekülen in Lösung basiert. Es wurde für entwickelt Polymermaterialien. Gemäß der Methode wird der Diffusionskoeffizient bestimmt und anschließend aus diesen Daten das massenmittlere Molekulargewicht bestimmt.

Derzeit gibt es keine direkten Methoden zur Bestimmung der Wassin einem Katalysator. Hierzu wird der sogenannte zweite Aktivierungsweg genutzt.

Zur Geschwindigkeitsbestimmung werden üblicherweise spezielle Geräte eingesetzt. Sie unterscheiden sich optisch von den zugewiesenen praktischen und wissenschaftlichen Aufgaben.