Диффузия
Разделы: Физика
Тип урока: комбинированный
Цель урока: изучить явление диффузии
Техническое оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация.
Оборудование: духи, колбы с горячей и холодной водой, кристаллики перманганата калия, сахар, заготовки для минипроектов.
I. Организационный момент
Приветствие. Отмечаем отсутствующих. Постановка целей и задач урока.
П. Проверка изученного учебного материала
1. Проверь себя! (Физический диктант по вариантам). Приложение 1. Слайд 2.
| I вариант | II вариант |
| 1. Все тела состоят из … 2. Есть ли отличия между молекулами горячей и холодной воды? 3. Размер молекул очень … 4. СО2 – молекула или атом? 5. Когда железнодорожные рельсы длиннее: зимой или летом? | 1. Все молекулы состоят из … 2. Количество молекул очень … 3. При нагревании объём тел … 4. Н2О – молекула или атом? 5. Какого супа больше: горячего или холодного? |
– Если все тела состоят из частичек – молекул, то почему всезнайка Чип кажется мне цельным, а не из отдельных шариков?
– Почему после душа я не могу влезть в свои любимые валенки?
– Всё утро искал молекулы в своём ящике с игрушками – не нашёл. Почему?
III. Изучение нового учебного материала. Демонстрация опытов
«Отыщи всему начало,
и ты многое поймёшь»
Опыт 1. Распыление духов.
Почему вы чувствуете запах? Распространение запаха объясняется движением молекул. Это движение носит непрерывный и беспорядочный характер. Сталкиваясь с молекулами газов, входящих в состав воздуха, молекулы духов много раз меняют направление своего движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по всей комнате.
То, что молекулы всех тел непрерывно и беспорядочно движутся, подтверждается и другими многочисленными опытами.
Опыт 2. В колбу с водой добавим несколько крупинок перманганата калия. <Вода постепенно будет окрашиваться>.
Самопроизвольное проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества называется диффузией.
Диффузия может происходить и в газах, и в жидкостях и в твердых телах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах (именно поэтому так быстро распространяется запах в воздухе). В жидкостях диффузия происходит медленнее, чем в газах. Это объясняется тем, что молекулы жидкости расположены значительно гуще и поэтому «пробираться» через них значительно труднее. Медленнее всего диффузия происходит в твердых телах. В одном из опытов гладко отшлифованные пластины свинца и золота положили одна на другую и сжали грузом. Через пять лет золото и свинец проникли друг в друга на 1 мм.
Опыт 3. Диффузия в холодной и горячей воде. <сахар и колбы с холодной и горячей водой>.
Скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры. Диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений.
IV. Физкультминутка «Диффузия»
Часть учащихся играет роль молекул одного вещества, а другая часть учащихся – молекул другого вещества. Задается модель (газ, жидкость, твёрдое тело) и учащиеся моделируют своим движением проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.
V. Закрепление
1 группа: практическое применение диффузии в твердых телах
2 группа: практическое применение диффузии в жидкостях
3 группа: практическое применение диффузии в газах
1 группа: «Создание физической модели человека с применением явления диффузии»
2 группа: «Создание физической модели пищевой промышленности на основе явления диффузии»
3 группа: «Создание физической модели металлургической промышленности на основе явления диффузии»
VI. Итог
Подведение итога урока, выставление оценок.
VII. Домашнее задание
§27, вопросы к §27, *экспериментальное задание.
Диффузия знаний
Источник:
Решение Совета глав правительств СНГ
«О Межгосударственной программе инновационного сотрудничества государств-участников СНГ на период до 2020 года»
(Принято в г. Санкт-Петербурге 18.10.2011)
Смотреть что такое «Диффузия знаний» в других словарях:
Диффузия научно-технических знаний — в отличие от распространения в народном хозяйстве нововведений и их коммерческого использования, диффузия научно технических знаний является некоммерческим элементом трансфера инноваций. Процесс этой диффузии имеет две формы: свободный доступ к … Толковый словарь «Инновационная деятельность». Термины инновационного менеджмента и смежных областей
ПРОЦЕССЫ КУЛЬТУРНЫЕ — изменение во времени состояния культурных систем и объектов, а также типовые модели взаимодействия между людьми и их социальными группами. Хотя П.к. эмпирически проявляются в совокупности культурных событий, эти понятия не тождественны.… … Энциклопедия культурологии
КУЛЬТУРА — (от лат. возделывание, воспитание, образование, развитие, почитание) совокупность искусственных порядков и объектов, созданных людьми в дополнение к природным, заученных форм человеч. поведения и деятельности, обретенных знаний,… … Энциклопедия культурологии
Человеческий капитал — Человеческий капитал совокупность знаний, умений, навыков, использующихся для удовлетворения многообразных потребностей человека и общества в целом. Впервые термин использовал Теодор Шульц, а его последователь Гэри Беккер развил эту… … Википедия
Капитал — (Capital) Капитал это совокупность материальных, интеллектуальных и финансовых средств, используемых для получения дополнительных благ Определение понятия капитала, виды капитала, рынок капитала, кругооборот капитала, проблема оттока… … Энциклопедия инвестора
Модернизация — (Modernization) Модернизация это процесс изменения чего либо в соответствии с требованиями современности, переход к более совершенным условиям, с помощью ввода разных новых обновлений Теория модернизации, типы модернизации, органическая… … Энциклопедия инвестора
РЕВОЛЮЦИОННОЕ СОЗНАНИЕ — тип сознания, к рый аккумулирует наиболее радикальные идеи и тенденции культуры и создает на их основе образ революции. Радикальность проявляется в Р.с. как тяготение к “крайним” решениям и “крайним” средствам, наиболее приемлемым из к… … Энциклопедия культурологии
социализация — СОЦИАЛИЗАЦИЯ (от лат. socialis общественный) процесс включения личности в общество, усвоения ценностно нормативных содержаний, знаний, обычаев, традиций, богатства и многообразия культуры, а также обучение выполнению социальных ролей.… … Энциклопедия эпистемологии и философии науки
Культура — У этого термина существуют и другие значения, см. Культура (значения). Марк Порций Катон Старший (234 149 г. до н.э), слово cultura впервые встречается в его трактате о земледелии De Agri Cultura (о … Википедия
Физика — I. Предмет и структура физики Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего… … Большая советская энциклопедия
Диффузия ответственности, или Страшная правда о людях
В поведении людей часто можно наблюдать одновременно удивительный и страшный феномен. В разных источниках по социальной психологии он называется по-разному. Достаточно ярко его проиллюстрировали в фильме «Хранители». Там есть такая сцена: девушку убивали несколько часов на глазах у 38 человек, и ни один из них не вызвал полицию. Правда нашелся один «смельчак», который пригрозил, что позовет «стражей порядка», но в итоге он так ничего и не сделал. Сначала убийца испугался этих слов и убежал, но потом вернулся и добил девушку. Это ужасный случай, который так или иначе отражает реальность. Речь идет о феномене распределенной ответственности или о диффузии ответственности.
Суть феномена
Страшная правда заключается в том, что чем больше людей находится на месте происшествия, тем меньше они могут что-то сделать. Этот феномен был доказан рядом социальных экспериментов, проведенных американцами. Один из них заключался в следующем. Испытуемого приглашали в совершенно закрытую комнату где он должен был по телефону с кем-то разговаривать. Конечно, человеку говорили, что это эксперимент, например, направленный на чистоту речи или на изучение поведения незнакомца с незнакомцем. Но на другом конце провода в другой комнате сидел актер, которого специально наняли для того, чтобы он правильно сыграл свою роль.
А роль у него была такая: в самом начале он сообщал, что у него что-то с сердцем. В какой-то момент испытуемый слышал в трубке как его собеседник (тот самый нанятый актер) кричит о помощи и задыхается. Если участник эксперимента думал, что разговор происходит один на один, то он почти сразу пытался сообщить организаторам, что там человеку плохо. Но если он знал, что не один участвует в телефонной беседе с тем, у которого якобы случился приступ, а их там трое, пятеро и больше, то все эти люди сидели и ждали пока кто-нибудь что-нибудь сделает.
Первый же эксперимент на изучение этого феномена, проведенный в Нью-Йорке 1968 году Биббом Латане и Джоном Дарли, дал неутешительные результаты. Некий студент колледжа симулировал эпилептический припадок. Если в это время рядом оказывался один человек, то «больной» получал помощь в 85% случаев. Когда около «припадочного» была толпа, только 35% людей реагировало на это.
Вот такие страшные результаты феномена распределенной ответственности в цифрах. Получается, что чем больше вокруг людей, тем меньше они «дергаются», потому что всегда думают, что наверное кто-нибудь другой отреагирует, поможет, вызовет кого надо.
Почему так?
Есть еще один важный момент в этом вопросе: иногда люди не понимают того, что происходит. Они думают: «Это хорошо или плохо? Можно вмешиваться или не стоит? Не буду ли я выглядеть при этом глупо?». И если вы упадете где-нибудь на людном проспекте, то к вам, скорее всего, никто не подойдет. Потому что многие будут мыслить так: «…наверное, подходить не надо, он же пьяный, мне будет неудобно выглядеть трогающим пьяного». И плюсом станет пресловутая диффузия ответственности: «…ой, зачем я буду подходить, вон сколько вокруг еще прекрасных людей, кто-нибудь из них обязательно вызовет скорую, полицию или кого там еще надо». То есть, дорогие друзья, мы все фактически беззащитны.
Что делать?
Благодаря тем же экспериментам в области психологии человека, стало известно, что делать, если вы попали в такую ситуацию в качестве жертвы. Оказывается не все так плохо, и есть еще способ спастись. Просто нужно обращаться за помощью к конкретному человеку, то есть адресно.
Если вы кричите «люди помогите», вам никто не поможет. Если вы говорите, например, «эй ты в синей майке, иди сюда», или «девушка с красной сумочкой, позвони в полицию», или «мужчина с усами, срочно вызови скорую», то люди тут же начинают делать то, что вы им «приказываете». Тут срабатывает обратная сторона феномена распределенной ответственности. Ведь если человек, у которого попросили помощи, не отреагирует на эту просьбу, то все остальные на него посмотрят с осуждением: «что это такое, тебе сказали делать, а ты не делаешь, нехорошо».
Друзья, всегда нужно иметь в виду феномен распределенной ответственности для элементарной техники безопасности. И помните, если вы попали в беду в людном месте, то делайте только адресные просьбы и только к конкретным людям. Никогда общие крики не работают.
Также обязательно прочитайте статью Как стать более ответственным?
Случалось ли вам наблюдать диффузию ответственности в вашей жизни? Обязательно поделитесь своими историями в комментариях к этой статье.
Диффузия
Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы.
Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи, однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность, вязкое трение и т. п.
Скорость протекания диффузии зависит от многих факторов. Так, в случае металлического стержня тепловая диффузия проходит очень быстро. Если же стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно. Диффузия молекул в общем случае протекает ещё медленнее. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом, то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет.
Количественно описание процессов диффузии было дано немецким физиологом А. Фиком (англ.) в 1855 г.
Содержание
Общее описание
Все виды диффузии подчиняются одинаковым законам. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения образца, а также разности концентраций, температур или зарядов (в случае относительно небольших величин этих параметров). Так, тепло будет в четыре раза быстрее распространяться через стержень диаметром в два сантиметра, чем через стержень диаметром в один сантиметр. Это тепло будет распространяться быстрее, если перепад температур на одном сантиметре будет 10 °C вместо 5 °C. Скорость диффузии пропорциональна также параметру, характеризующему конкретный материал. В случае тепловой диффузии этот параметр называется теплопроводность, в случае потока электрических зарядов — электропроводность. Количество вещества, которое диффундирует в течение определённого времени, и расстояние, проходимое диффундирующим веществом, пропорциональны квадратному корню времени диффузии.
Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. Скорость диффузии в связи с этим пропорциональна средней скорости молекул. В случае газов средняя скорость малых молекул больше, а именно она обратно пропорциональна квадратному корню из массы молекулы и растёт с повышением температуры. Диффузионные процессы в твёрдых телах при высоких температурах часто находят практическое применение. Например, в определённых типах электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) применяется металлический торий, продиффундировавший через металлический вольфрам при 2000 °C.
Если в смеси газов масса одной молекулы в четыре раза больше другой, то такая молекула передвигается в два раза медленнее по сравнению с её движением в чистом газе. Соответственно, скорость диффузии её также ниже. Эта разница в скорости диффузии лёгких и тяжёлых молекул применяется, чтобы разделять субстанции с различными молекулярными весами. В качестве примера можно привести разделение изотопов. Если газ, содержащий два изотопа, пропускать через пористую мембрану, более лёгкие изотопы проникают через мембрану быстрее, чем тяжёлые. Для лучшего разделения процесс производится в несколько этапов. Этот процесс широко применялся для разделения изотопов урана (отделение 235 U от основной массы 238 U). Поскольку такой способ разделения требует больших энергетических затрат, были развиты другие, более экономичные способы разделения. Например, широко развито применение термодиффузии в газовой среде. Газ, содержащий смесь изотопов, помещается в камеру, в которой поддерживается пространственный перепад (градиент) температур. При этом тяжёлые изотопы со временем концентрируются в холодной области.
Уравнения Фика
С точки зрения термодинамики движущим потенциалом любого выравнивающего процесса является рост энтропии. При постоянных давлении и температуре в роли такого потенциала выступает химический потенциал µ, обуславливающий поддержание потоков вещества. Поток частиц вещества пропорционален при этом градиенту потенциала
В большинстве практических случаев вместо химического потенциала применяется концентрация C. Прямая замена µ на C становится некорректной в случае больших концентраций, так как химический потенциал перестаёт быть связан с концентрацией по логарифмическому закону. Если не рассматривать такие случаи, то вышеприведённую формулу можно заменить на следующую:
которая показывает, что плотность потока вещества J [
] пропорциональна коэффициенту диффузии D [(
)] и градиенту концентрации. Это уравнение выражает первый закон Фика. Второй закон Фика связывает пространственное и временное изменения концентрации (уравнение диффузии):
Коэффициент диффузии D зависит от температуры. В ряде случаев в широком интервале температур эта зависимость представляет собой уравнение Аррениуса.
Дополнительное поле, наложенное параллельно градиенту химического потенциала, нарушает стационарное состояние. В этом случае диффузионные процессы описываются нелинейным уравнением Фоккера—Планка. Процессы диффузии имеют большое значение в природе:
Геометрическое описание уравнения Фика
Во втором уравнении Фика в левой части стоит скорость изменения концентрации во времени, а в правой части уравнения — вторая частная производная, которая выражает пространственное распределение концентрации, в частности, выпуклость функции распределения температур, проецируемую на ось х.
Диффузия
Из Википедии — свободной энциклопедии
Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения.
Скорость протекания диффузии зависит от многих факторов. Так, в случае металлического стержня тепловая диффузия проходит с огромной скоростью. Если же стержень изготовлен из материала с низкой теплопроводностью (например, стекла), тепловая диффузия протекает медленно. Диффузия молекул в общем случае протекает ещё медленнее. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, Роберт Бойль показал, что если медь покрыть золотом, то будет происходить диффузия золота в медь. При этом при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет. [3] Другой пример — систематические исследования диффузии свинца в золото, проведенные Уильямом Робертсом-Остеном и опубликованные в 1896 г. Под грузом за пять лет свинцовый слиток проник в золотой слиток на один миллиметр. [4]
Первое систематическое экспериментальное исследование диффузии было выполнено Томасом Грэмом. Он изучал диффузию в газах, и это явление (Закон Грэма) было описано им в 1831—1833 гг. [5]
Большой вклад в теорию и практику исследования дифузионных процессов внес Я. И. Френкель, предложив и развив в 1926 году идею диффузии локальных дефектов (вакансий и межузельных атомов). [7]
