Диффузия в природе и жизни человека / Физика_проект_(текст)[1]

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

– филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования

«Национальный исследовательский ядерный университет

«МИФИ» (ИАТЭ НИЯУ МИФИ)

ТЕХНИКУМ ИАТЭ НИЯУ МИФИ

Индивидуальный проект по физике

Тема: «Диффузия в природе и жизни человека»

Выполнил: Студент группы РБ2-Т22

Артыков Руслан

Проверила: Хайрова Дарья Денисовна

Обнинск, 2023

Содержание

Оглавление

Введение 3

1. Значение диффузии в физике 4

2. Виды диффузии 6

3. Диффузия в жизни человека 7

4. Броуновское движение и её значение для диффузии 8

Вывод 9

Список использованных материалов: 10

Введение

Диффузия – это один самых понятных и распространённых физических процессов в нашем мире, с которым мы сталкиваемся ежедневно и его можно объяснить простым примером: растворённый в воде чай при добавлении в него сахарного песка спустя некоторое время начнёт поглощать молекулы сахара и станет сладким, а сам сахарный песок из твёрдых частиц раствориться в жидкость.

То есть диффузия – это рассеивание молекул вещества с высокой плотностью в веществе с низкой, при которой вся концентрация веществ начинает равномерно распределяться по всему объёму веществ.

Цель: изучение роли диффузии как в природных процессах, так и в жизнедеятельности человека, а также в демонстрации общей значимости этого явления.

Задачи:

1. Изучить материал о роли диффузии в природе и жизнедеятельности человека; провести опыты, которые позволят выявить закономерности протекания диффузии

2. Проанализировать полученную информацию о явлении диффузии и определить степень значимости этого явления для растений, животных и человека.

3. Объяснить диффузию без использования математического аппарата.

1. Значение диффузии в физике

Для начала стоит понять, что диффузия – часть от такого понятия как «тепловое движение», как и Броуновское движение. Второе я отложу на потом и буду рассматривать именно диффузию.

Диффузия играет важную роль во многих областях физики, да и в целом во всей нашей жизни. Например, она является основным механизмом перемещения молекул в газах, жидкостях и твердых телах. Вот несколько примеров применения диффузии:

Газы: В газах диффузия позволяет перемещаться молекулам от области с более высокой концентрацией к области с более низкой концентрацией. Этот процесс играет важную роль в атмосферных явлениях, таких как перемещение запахов или загрязнений воздуха.

Жидкости: Диффузия в жидкостях происходит благодаря случайным столкновениям молекул друг с другом. Это явление имеет огромное значение для химических реакций, особенно в случаях, когда реагенты находятся в разных фазах.

Твердые тела: В твердых телах диффузия происходит благодаря движению атомов или молекул внутри кристаллической решетки. Она играет роль в процессах, таких как диффузионное цементирование, диффузионная сварка или формирование пленок на поверхности материалов.

Диффузия также играет важную роль в химических реакциях. Она определяет скорость реакций, особенно тех, которые происходят в растворах. Диффузия позволяет реагентам перемещаться и смешиваться, что способствует их взаимодействию и возможности происхождения реакции.

Кроме того, диффузия играет ключевую роль в технологии и инженерии. Например, в области производства полупроводников диффузия используется для внедрения примесей в полупроводниковые материалы, чтобы изменить их электрические свойства. Также диффузия используется в процессе диффузионной сварки, где металлы соединяются путем контролируемой диффузии атомов.

В заключение этой части хочу сказать, что диффузия – это фундаментальный физический процесс, определяющий перемещение частиц и молекул в различных средах.

2. Виды диффузии

Если о диффузии в целом стало понятно, то пора выделить её разновидности. Но если с диффузией тел в агрегатных состояниях мы уже разобрались, то нужно выделить

1. Концентрационная диффузия – перемещение вещества под воздействием градиента концентрации. Эта диффузия называется нисходящей, поскольку вещество перемещается из участков, в которых его концентрация больше, в участки, где его концентрация меньше. Основная диффузия.

2. Самодиффузия — это процесс перемещения частиц внутри одного и того же вещества. Один из примеров самодиффузии может быть наблюдаем в кристаллах металлов. Атомы металла, находящиеся в кристаллической решетке, могут перемещаться внутри кристалла благодаря тепловому движению.

3. Термодиффузия – это процесс перемещения частиц в смеси под воздействием разницы в температуре. В большинстве случаев движение происходит от горячего к холодному, но в зависимости от природы частиц и жидкости возможно движение к более горячей области.

3. Диффузия в жизни человека

В жизни человека диффузия используется абсолютно везде. Примером такого может считаться:

1. Парфюмерия. Частицы парфюма движутся с зоны, где их большая концентрация, на всю комнату, где концентрация меньше.

2. Гелиевые шары, которые медленно сдуваются и теряют высоту. Это происходит потому, что гелий диффузирует из зоны, богатой гелием (шарик), в зону с низким гелием (внешняя среда).

3. На явлении диффузии 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 в поверхностных слоях контактирующих материалов.

4. Дыхание. Это не шутка. Когда мы дышим воздухом, вдох кислорода и выдох углекислого газа возможен только благодаря диффузионному процессу.

5. Чайные пакетики. Содержание чайного пакетика диффузирует от высшей до низшей концентрации (от пакетика до остального объёма жидкости).

То есть диффузия затрагивает абсолютно все сферы человеческой деятельности.

4. Броуновское движение и её значение для диффузии

Броуновское движение можно сравнить с детьми в школьном коридоре. Все куда-то идут в самых разных направлениях с разной скоростью. Тоже самое и с молекулами.

Основная деталь в том, что самые мелкие из них беспорядочно движутся и перемещаются с большой скоростью, в то время как наиболее крупные движутся с меньшей скоростью, колеблясь на одном месте. Также скорость этих частиц зависит от плотности вещества (то есть прочности решётки, соединяющей молекулы) и температуры. Чем больше плотность и меньше температура – тем слабее Броуновское движение и, следовательно, скорость диффузии в том числе.

Если увеличить температуру для двух разных газов, то скорость их диффузии будет гораздо выше, чем при комбинациях жидкость с жидкостью или вовсе при диффузии двух твёрдых тел.

Итогом слияния Броуновское движения и диффузии становится всеми известное тепловое движение, которое является основополагающим явлением в ядерной физике.

Вывод

Я рассмотрел одно из самых распространённых в нашей повседневной жизни явлений – диффузию. Мы узнали о её видах, значимости, деталях её работы и то, как она связана с Броуновским движением. Без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна.

Список использованных материалов:

1. J.G. Kirkwood, R.L. Baldwin, P.J. Dunlop, L.J. Gosting, G. Kegeles (1960). Flow equations and frames of reference for isothermal diffusion in liquids.

2. Muir, D. C. F. (1966-10-01). "Bulk flow and diffusion in the airways of the lung". British Journal of Diseases of the Chest.

3. J. Philibert (2005). One and a half century of diffusion: Fick, Einstein, before and beyond.

4. S.R. De Groot, P. Mazur (1962). Non-equilibrium Thermodynamics. North-Holland, Amsterdam.