М
іністерство
освіти і науки України
Відділ освіти Криворізької державної районної адміністрації
Науково – дослідницька робота
Секція «Фізика»
Дифузія в живій природі
Виконавці:
учениця 7 класу
Надеждівського НВК
Мосейчук Анастасія
учениця 7 класу
Надеждівського НВК
Хомайко Надія
Керівник:
Шиліна Галина Анатоліївна
вчитель фізики
Н
адеждівського
НВК
2013 – 2014 навчальний рік
ЗМІСТ
ВСТУП |
3 |
НАУКОВО – ДОСЛІДНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ЯВИЩА ДИФУЗІЇ
|
4 4 10 12 |
ДИФУЗІЯ В ЖИВІЙ ПРИРОДІ 2.1. Роль дифузії в сприйнятті запахів 2.2. Дифузія та смакові відчуття 2.3. Ми дихаємо завдяки дифузії 2.4. Роль дифузії в харчуванні живих організмів 2.5 Осмос і робота нирок 2.6. Клітини знають фізику 2.7 Дифузія впливає на думки |
16 16 22 24 27 29 34 35 |
ВИСНОВКИ |
36 |
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ |
37 |
|
|
ВСТУП
Ми живемо в добу інформаційних технологій, і в ХХІ столітті саме знання , інформація є найціннішим капіталом. Але важливо не тільки знати, але й застосовувати набуті знання для досягнення поставленої мети. Сьогодні важливо усвідомити, що кожен із нас – це невід’ємна частина планети Земля, і знання кожного необхідні для збереження як самої планети, так і власного здоров’я.
Людина – досконалий механізм, функціонування якого базується на законах природничих наук загалом і фізики, зокрема. Адже недарма говорять, що фізик – це спосіб атомів розмірковувати про атоми. Знати та розуміти ці закони не тільки цікаво, але й необхідно. Одним із фізичних явищ, роль якого для природи, а також можливості застосування в промисловості, повсякденному житті, мистецтві важко переоцінити, є дифузія. З огляду на це й було обрано тему даної роботи.
На наш погляд, актуальність роботи зумовлюється необхідністю усвідомлення тісного взаємозв’язку фундаментальних законів природи із життям кожного з нас. Вивчення ролі дифузії в життєдіяльності живих організмів поглибить розуміння нами механізмів, завдяки яким здійснюються життєво важливі процеси.
Об’єкт дослідження: явище дифузії. Предмет дослідження: роль явища дифузії в життєдіяльності живих організмів.
При виконанні даної роботи ми поставили перед собою мету: з’ясувати роль дифузії в життєво необхідних процесах. Визначення об’єкта, предмета та мети дослідження зумовлюють постановку завдань:
здійснити експериментальне вивчення закономірностей протікання дифузії в газах, рідинах, твердих тілах;
опрацювати літературу з проблеми дослідження;
з’ясувати, які механізми лежать в основі процесів травлення, дихання, сприйняття запаху та смаку живими організмами, водно – сольовому обміні тощо.
Науково – дослідне обгрунтування явища дифузії
1.1 Дифузія як фізичне явище
Дифузію ми спостерігаємо повсякчас, навіть не замислюючись над цим. Що ж таке дифузія? Відповідь ми одержимо з розмови крапель рідини.
«
…Розмова
була дуже цікавою,
я мимоволі наблизилась до чорної краплі
та навіть не помітила, як доторкнулась
до її. Зненацька я відчула, що зі мною
відбувається щось лихе. Озирнулась і...
жах! Молекули товстої краплі входили в
моє тіло. Вони повільно вповзали в мене
й спотворювали мою красу.
– Допоможіть! Гину!
– Знову щось трапилось? – сказала з докором товста крапля. – Чому ти кричиш?
– Не бачиш хіба? Твоя розчинена речовина влізла в мене! Я загинула!
– Яка ти неосвічена крапля! Це дифузія. Дифузія – дуже цікавий процес, що відбувається мимовільно. Якщо розчин дотикається з розчинником, розчинена речовина спрямовується до розчинника й проникає в нього, і це триває доти, доки розчинена речовина не розподілиться рівномірно всюди. Дифузія відбувається й у тому випадку, коли концентрація розчинів неоднакова. Частки розчиненої речовини переміщаються з розчину з вищою концентрацією в розчин з нижчою концентрацією, доки концентрації не зрівняються. Поглянь, як швидко проникають у тебе чорні частки!
Я не хотіла ні дивитись, ні слухати, але становище моє було безвихідним. Чорні частки влізли в моє тіло, а вона, товста крапля, продовжувала говорити.
– Зараз вони рухаються швидко, тому що різниця концентрацій дуже велика. Потім пересуватимуться повільніше, тому що й ти станеш розчином, подібно мені, і, зрештою, в нас буде одна концентрація.
– Тоді
й закінчиться дифузія, – заявила ще
одна маленька жовта крапелька, що
виявилась поруч із нами й теж повільно
чорніла. – Я вам розповім, як була
виявлена дифузія. Це було в середині
минулого століття. Березневе сонце ще
не могло розтопити величезні замети,
наметені зимовими буранами. Але перші
ніжні проліски вказували, що весна
прийшла й до Швейцарії. У лабораторії
університет
у
в Цюріху теж стало веселіше. Тут працювала
група молодих людей, але більше всіх
мені подобався Адольф
Фік.
Мені
подобалось
спостерігати, як він працює, і особливо
– слухати, як він розмовляє зі своїм
другом Карлом. А я тоді сумирно сиділа
в пляшечці з розчином. Одного разу Фік
дістав склянку зі світло – рожевим
розчином, оглянув його й з подивом
обернувся до Карла.
– Карл, ти чіпав цей розчин?
– Ні. Він мені не потрібний. А що?
– Кілька днів тому я приготував цей розчин, щоб перевірити, чи можна його захистити від дії повітря. На дні був рожевий розчин, а поверх нього я обережно налив води. У склянці були два ясно розмежованих шари: нижній рожевий і верхній безбарвний. Подивись, будь ласка, що вийшло!
Карл подивився й сказав задумливо.
– Напевно, хтось їх перемішав. Щоб вийшов розчин одного кольору, обов'язково треба перемішувати його.
– Але хто це зробив?
– В усякому разі, я нічого не торкався. Іншого виходу немає – потрібно повторити дослід.
– Шкода. Доведеться чекати целий тиждень.
Фік знову налив рожевий розчин на дно склянки, а зверху обережно, по стінці налив шар води. Він покрив склянку склом і поставив у шафку, щоб ніхто до неї не торкався. Дні пролетіли швидко. Через тиждень Фік обережно дістав склянку, щоб поглянути на результат.
– Але це ж дивовижно! Шари знову зникли.
– Тепер уже напевне ніхто не чіпав склянки, – зауважив Карл. –Має бути якась інша причина.
– Причина є, але невже це дійсно так? – Фік замислено розглядав склянку. – Чи знаєш, Карл, близько 60 років тому французький хімік Клод Луї Бертолле відкрив цікаве явище в газах. Він назвав його дифузією.
– Так, пам'ятаю з лекцій професора. Він розповідав, що Бертолле наповнив дві однакових посудини різними газами – одну воднем, іншу – хлористим воднем, що набагато важче за водень. Він поставив посудини в підвал Академії наук у Парижі на добу для того, щоб температури в них зрівнялись. Потім Бертолле перевернув посудину з легшим газом – воднем – і встановив його над отвором нижньої посудини. З'єднавши щільно обидві посудини, він залишив їх ще на 24 години. Коли стали аналізувати гази в цих посудинах, виявилось, що важчий газ піднявся у верхню посудину, а легший проникнув у нижній.
Так уперше було доведено, що частки газів рухаються у всіх напрямках і прагнуть рівномірно заповнити наданий їм об’єм. Якщо в посудині є два гази або більше, то їхні частки переміщуються самі собою, доки не утвориться єдина однорідна суміш. Це явище й було названо дифузією.
– Так, це вільна дифузія. Але невже вона існує й при розчиненні?
– Це потрібно перевірити, дорогий Адольф. Якщо хочеш, можу навіть допомогти тобі в роботі.
– Так, почнемо, Карл! Приготуємо кілька пофарбованих розчинів і проведемо такі ж досвіди, як з рожевим розчином.
Вони розставили на столі кілька склянок. На дно їх налили рожевий розчин, а поверх нього обережно влили шар води. Іноді вода стікала занадто швидко й змішувалась із розчином. Тоді доводилось починати заново.
У Фіка уривався терпець. Він безперестану нахилявся й примруженими від напруги очами розглядав границю між двома шарами. Уже на другий день він помітив, що границя між розчином і водою починає зникати. Нижній розчин у всіх посудинах немов почав набухати й вторгатися у верхній шар води. Поступово водний шар зафарбувався, і в склянках виявились тільки однотонні розчини. Дифузія. Вона існує й при розчиненні!
Але цього Фіку було мало. Він хотів зрозуміти сутність цього процесу, встановити закони, яким він підкоряється. Фік полишив інші свої роботи. Медицина й фізіологія перестали його цікавити. Для нього існувала тепер тільки дифузія. Досліди з розчинами. Досліди з газами. Потрібно було встановити, від чого залежить швидкість цього процесу, як впливає температура, концентрація...
Літо пройшло непомітно. Пройшла й осінь, а Фік продовжував працювати. За кілька місяців він відкрив закон дифузії – той закон, що тепер називають його ім'ям. Адольф Фік довів, що дифузія відбувається тим швидше, чим вище температура й чим більше різниця концентрацій. Дифузія відбувається завжди в певному напрямку: частки розчиненої речовини рухаються з розчину з вищою концентрацією до розчину з нижчою концентрацією.
Ще багато інших досліджень провів Адольф Фік. До кінця свого життя (до 1901 р.) він самовіддано служив науці, але ім'я його залишилося пов'язаним з відкриттям, зробленим ще в юності.
...Маленька жовта крапля закінчила розповідь. Я слухала її з захватом і вже не звертала уваги на чорні частки, що проникли в мене. Тепер вони здавались мені навіть симпатичними.
– Ти дуже щаслива крапля, – тихо промовила товста крапля. – Ти не тільки багато знаєш, але навіть бачила великого вченого».
З цієї цікавої розповіді ми дізнались не тільки про те, що таке дифузія, але й про закономірності цього явища. Отже, дифузія – це явище взаємного проникнення молекул однієї речовини у проміжки між молекулами іншої речовини внаслідок їх безперервного хаотичного руху.
Д
ифузія
спостерігається в газах, рідинах і
твердих тілах.
Д
ифузія
супроводжує нас увесь час. По – перше,
саме цоьому явищу ми завдячуємо повітрям.
Завдяки дифузії ми відчуємо запах
парфумів і смачної страви. Завдяки
дифузії в світі діє понад 2000 заводів по
опрісненню води. На явищі дифузії
засноване дифузійне зварювання металів.
Методом дифузійного зв
арювання
без застосування припоїв, електродів
і флюсів з'єднують між собою метали,
неметали, метали й неметали, пластмаси.
Дифузійне зварювання застосовується
в основному в електронній і напівпровідниковій
промисловості, точному машинобудуванні.
Для витягу розчинних речовин із твердого
здрібненого матеріалу застосовують
дифузійний апарат. Такі апарати
поширені в цукробуряковому виробництві,
де їх використають для одержання
цукрового соку з бурякової стружки. На
явищі дифузії заснований процес
металізації – покриття поверхні виробу
шаром металу чи сплаву для надання
певних властивостей. Процеси дифузії
в газах, рідких гелях широко застосовуються
в хімії для одержання розчинів, для
збагачення повітря киснем у металургійній
промисловості. Дифузія лежить в основі
багатьох технологічних процесів.
Дифузія
необхідна навіть у живописі. Так, зокрема,
британський фотограф Марк Мосон (Mark
Mawson) створює фантастичні знімки, обєднані
в серії «Aqueous» та «Aqueous Fluoreau». Для їх
зйомки автор 
використовує
воду, кольорові чорнила та свою ексклюзивну
технологію, подробиці якої він не
розголошує.
На
жаль, необхідно відзначити й шкідливі
прояви цього явища. Саме через дифузію
відбувається забруднення навколишнього
середовища.