Диффузия – важное явление природы. Реферат диффузия в природе

Научно-исследовательская работа "Диффузия в природе и в жизни человека

Муниципальное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение

«Средняя Общеобразовательная Школа № 11»

Научно – исследовательская работа по физике на тему: «Диффузия в природе и в жизни человека»

Выполнила: ученица 7 «А» класса

Лянгузова Вера Сергеевна

Научный руководитель:

Семенова Вера Зиновьевна

Г.Балахна

2017 год

Введение

В этом году у нас появился новый предмет – физика. На одном из уроков мы изучали явление диффузии. Когда дома я готовилась к этому уроку, мне попалось на глаза следующее четверостишье:

Прекрасная дама нюхала розы, Но расчихалась - закапали слёзы! Неужто из-за: диффузии Такие бывают конфузии?

Я захотела узнать об этом явлении как можно больше. Прочитала дополнительную литературу. Появилось желание проверить закономерности протекания диффузии экспериментально. в ходе опытов попыталась выяснить, действительно ли теория диффузии справедлива, находит ли она свое подтверждение на практике, какова ее роль.

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.3.Проведение экспериментов.

1. Диффузия и ее закономерности

Диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному равномерному перемешиванию веществ по всему объему.

Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред. Затем, вследствие своего движения, отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами. Граница между веществами расплывается. Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во всё более глубоких слоях. Граница раздела веществ становится ещё более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит в конце концов к тому, что раствор в сосуде становится однородным.

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.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.

Распространение запаха объясняется движением молекул. Варианты проявления этого явления могут быть таковыми: распространение запаха цветов; слезы из-за нарезания лука; шлейф духов, который можно почувствовать в воздухе.

Промежутки между частицами в воздухе довольно большие, частицы

двигаются хаотично, поэтому диффузия газообразных веществ происходит достаточно быстро.

С газами все понятно, а теперь посмотрим, что происходит с молекулами в другом агрегатном состоянии – в жидкостях.

Если в сосуд, до половины наполненный раствором медного купороса,

осторожно налить чистой воды поверх раствора, то сначала получается резко обозначенная поверхность раздела между бесцветной водой и синим раствором.

Но через некоторое время можно заметить, как вода постепенно начинает синеть, поверхность раздела становится нерезкой, а спустя время исчезнет.

Частицы в жидкости «упакованы» так, что расстояние между соседними частицами меньше их диаметра, Сами частицы могут перемещаться по всему занимаемому жидкостью объему сосуда. При смешивании двух разных жидкостей, частицы первой жидкости проникают в промежутки между частицами второй жидкости. Перемешивание жидкостей происходит медленно.

Намного труднее наблюдать диффузию в твёрдом теле. По этой причине изучение диффузии в твёрдых телах стало одним из наиболее интересных исследований в физике наших дней. Как и во многих других областях человеческой деятельности, в данном случае умение предшествовало знанию. Столетиями рабочие сваривали металлы и получали сталь нагреванием твёрдого железа в атмосфере углерода, не имея ни малейшего представления о происходящих при этом диффузионных процессах. Лишь в 1896 году началось научное изучение проблемы. Английский металлург Вильям Роберте – Аустин в простом эксперименте измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на конец цилиндра из чистого свинца длиной в 1 дюйм (2,45 см), поместил этот цилиндр в печь, где поддерживалась температура около 200 °С, и держал его в печи 10 дней. Затем он разрезал цилиндр на тонкие диски и измерил количество золота, которое продиффундировало (проникло) в каждый срез свинца. Оказалось, что к «чистому» концу через весь цилиндр прошло вполне измеримое количества золота, в противоположном направлении, в глубь золотого диска, продиффундировал свинец. Роберте – Аустин обнаружил, что нагретый металл диффундирует в другой конец, когда они тесно прижаты друг к другу.

В твердых телах диффузия происходит медленнее, чем в жидкостях. В твердых телах расстояния между частицами совсем маленькие. Они такие же, как размеры самих частиц. Проникновение через такие малые промежутки частиц другого вещества крайне затруднено и поэтому происходит очень медленно.

Скорость диффузии зависит не только от агрегатного состояния вещества, но и от температуры. Чем больше температура тела, тем быстрее скорость молекул, и диффузия протекает быстрее.

2. Значение диффузии

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.

Дыхание растений, питание растений, поглощение углекислого газа и выделение растениями нужного для дыхания человека кислорода, снабжение природных водоемов кислородом происходит благодаря диффузии. Дыхание как наземных, так и водных растений зависит от явления диффузии. Не трудно догадаться, почему природа щедро наградила деревья (и не только деревья) большим развитием поверхности. Особенно большое развитие поверхности (листовая крона) необходимо деревьям по причине того, что диффузионный обмен сквозь поверхность листьев выполняет функцию дыхания. В настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путём опрыскивания их кроны.

Известно, что цветки многих растений обладают ароматом. Связано это с тем, что насекомые-опылители (а в тропических лесах и мелкие птицы) отыскивают на большом расстоянии цветки с лакомым нектаром не только по яркой окраске лепестков, но и по запаху выделяемых ими эфирных масел. Однако не все знают, что некоторых насекомых привлекают только их любимые ароматы. Большинство цветущих растений, опыляемых в дневное время пчелами, шмелями, дневными бабочками и другими насекомыми, с наступлением темноты перестают пахнуть. А есть растения, которые особенно сильно пахнут в ночное время, например, фиалка.В процессе длительного развития растения выработали приспособительные свойства, подчас даже противоположные, но сочетающиеся в одном организме. Так, если для привлечения насекомых-опылителей цветки издают в большинстве случаев приятный аромат, то для отпугивания врагов, питающихся этими растениями, их стебли и листья приобрели неприятный запах. Примером этому служат болиголов крапчатый, буквица лекарственная, чернокорень лекарственный и др., цветки которых имеют приятный аромат, а стебли и листья выделяют мышиный запах. Для соцветий лука медвежьего (черемши) тоже характерен медовый запах, в то время как все растение издает резкий запах, который не любят многие травоядные животные. 

Благодаря диффузии, насекомые находят себе пищу. Бабочки, порхая меж растений, всегда находят дорогу к красивому цветку. Пчелы, обнаружив сладкий объект, штурмуют его своим роем.

Среди насекомых муравьи отличаются самым плохим зрением, но благодаря тонкому обонянию и осязанию они определяют своего и чужого, находят дорогу к своему муравейнику, которую периодически тоже метят феромонами, выделяемыми из специальных желез, находящихся на кончике брюшка. Лягушка – очень интересное животное. Хотя бы потому, что живет в воде и не пьет ее, на суше дышит легкими и влажной кожей, а в воде – через кожу. Основа этого процесса – та же диффузия.

 У североамериканского серого волка обоняние в 1000 раз острее, чем у человека. Он чует лосиху с детёнышем на расстоянии более чем 2,5 км. В носу волка примерно в 50 раз больше обонятельных рецепторов, чем у человека.

Новозеландский киви величиной с курицу - очень занятная птица. Пищу находит по запаху, как насекомоядные млекопитающие, и может учуять червяка под землёй на глубине 3 см..

Самый распространённый способ общения насекомых – с помощью обонятельных химических средств. Есть привлекающие ароматы (аттрактанты), а есть отталкивающие (репелленты), воспринимаемы обонятельными дырочками (порами) на усиках.

Плотоядные животные находят своих жертв тоже благодаря диффузии. Акулы и рыбы пираньи чувствуют запах крови на расстоянии нескольких километров.

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.

  Невозможно представить свою жизнь и быт без ароматических запахов. Чтобы получить всего 1 кг розового масла, необходимо переработать более полутора тонн лепестков розы. Ладан, ароматическую смолу для церковных нужд, получают из сока ладанного дерева и босвеллии священной, растущих в Восточной Африке. Мирра, смола для ароматических курений, получается из смолы деревьев рода коммифора, растущих в Эфиопии и Южной Аравии.

В 1638 г. посол Василий Старков привёз в подарок царю Михаилу Фёдоровичу от монгольского Алтын - хана 4 пуда сушёных листьев. Это растение очень понравилось москвичам, и они его с удовольствием до сих пор употребляют. Ароматический напиток из сушеных листьев – это чай.

Диффузионная сварка – технология соединения деталей при небольшом нагревании. Впервые ее удалось сделать в 1896 году английскому металлургу Робертсу-Аустену. Он прижал друг к другу золотой диск и свинцовый цилиндр и поместил их па 10 дней в печь, где поддерживалась температура 200°С. Когда печь открыли, разъединить диск и цилиндр оказалось невозможно. За счет диффузии золото и свинец буквально проросли друг в друга. Этим методом соединяют между собой металлы, неметаллы, металлы и неметаллы, пластмассы.

На явлении диффузии основан процесс металлизации – покрытия поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физических, химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого материала. Он применяется для защиты изделий от коррозии, износа, повышения контактной электрической проводимости, в декоративных целях.

Горючий природный газ, используемый в быту для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха. Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, горючий газ предварительно смешивают с резко пахнущими веществами. Это позволяет быстро заметить наличие утечки газа в помещении.

Боле 30 лет назад немецкий врач Вильям Кольф применил аппарат «искусственная почка». С тех пор он применяется: для неотложной хронической помощи при острой интоксикации; для подготовки больных с хронической почечной недостаточностью к трансплантации почек; для длительного (10-15 лет) жизнеобеспечения больных с хроническим заболеванием почек. Искусственная почка — это аппарат, предназначенный для выведения из крови человека токсинов, скапливающихся в почках при их тяжелом поражении — обычно это хроническая и острая формы недостаточности почек. Работа аппарата основывается на принципах диализа — это выведение низкомолекулярных веществ из коллоидных растворов благодаря диффузии и разнице между осмотическим давлением с двух сторон целлофановой полупроницаемой мембраны. Гемодиализ — это наиболее популярный метод проведения лечения запущенных форм недостаточности почек. Такая процедура позволяет человеку продолжать вести активный образ жизни, несмотря на неполноценную работу почек.

Явления диффузии широко используются в технике. Например, при извлечении сахара из свеклы последнюю мелко нарезают и помещают в специальные металлические сосуды ( диффузоры), через которые проходит ток горячей воды. Находящийся в свекле сахар диффундирует при этом в протекающую воду. Из полученного раствора выделяют кристаллический сахар.

Явление диффузии можно наблюдать дома достаточно часто: когда пользуемся аромолампой с эфирными маслами или спреями для тела или для ног, духами, распыляем средства для уничтожения в помещении комаров и мух, когда что-то склеиваем

В повседневной жизни мы встречаемся с процессом диффузии при засолке и засахаривании, смешивании различных ингредиентов при приготовлении пищи, склеивании поверхностей, окрашивании тканей, стирке вещей и т.д.

3. Вредные проявления диффузии

Необходимо отметить и вредные проявления диффузии. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, оксиды азота и серы. В настоящее время общее количество эмиссии газов в атмосферу превышает 40 миллиардов тонн в год. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей.

Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.

Примером отрицательного влияния человека на процессы диффузии в природе являются крупномасштабные аварии, произошедшие в бассейнах разных водоемов. В результате этого явления нефть и продукты ее переработки растекаются по поверхности воды и, как результат, нарушаются процессы диффузии, например: кислород не поступает в толщу воды, и рыбы без кислорода погибают.

Вследствие явления диффузии воздух загрязняется отходами разных фабрик, из-за него вредные отходы жизнедеятельности человека проникают в почву, воду, а затем оказывают вредное влияние на жизнь и функционирование животных и растений. Увеличивается площадь земель, загрязненных выбросами промышленных предприятий и т.д. Свыше 2 тыс. гектаров земли занято свалками промышленных и бытовых отходов. Один из трудно решаемых в настоящее время вопросов является вопрос утилизации промышленных отходов, в том числе токсичных.

Загрязнение водоёмов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. 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. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают.

Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб, труб тепловых электростанций устанавливают специальные фильтры. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, навоз, различного рода химикаты.

Опыт 1. Я распылила духи около входной двери в кабинет. Длина кабинета 10 метров. Моя одноклассница, находившаяся у противоположной стены, почувствовала запах духов через 2,6 минуты.

Опыт 2. В два одинаковых стакана положили пакетики с чаем. В правый стакан налили холодную воду, имеющую температуру 25 градусов, а в левый – горячую, температура которой 95 градусов. Наблюдения фиксировала с помощью фотоаппарата с интервалом сначала 10 минут, потом 15 минут, последнее фото выполнено через сутки.

Опыт 3. Я изготовила из желатина и воды два диска, в один из которыхдобавила краситель. При комнатной температуре они сохраняют форму и объем, как твердые тела. Окрашенный диск положила сверху на неокрашенный, и каждые сутки делала фотографии.

Выводы из опытов:

1. Диффузия наблюдается в газах, жидкостях и твердых телах.

2. Диффузия в газах протекает быстро (минуты).

3. Для диффузии в жидкости требуется больше времени, чем в газах (несколько часов). Чем выше температура жидкости, тем быстрее протекает диффузия.

4. В твердых телах диффузия протекает намного медленнее, чем в жидкостях (несколько суток).

Заключение

Явление  диффузии  является одним из главных общих условий жизнедеятельности растений, животных  и  человека. Без этого явления жизнь на Земле была бы невозможна. К сожалению, все чаще и чаще мы наблюдаем негативное воздействие человека на окружающую среду. И становится страшно от того, что наступит момент сожаления о точке не возврата к той красоте, которая пока ещё нас окружает.

Человеку нет необходимости что–то специально делать для улучшения протекания явления  диффузии  в живой природе. Просто надо исключить свое отрицательное воздействие на живую природу своей деятельностью, чаще привлекать внимание общественности к проблемам окружающей среды и тогда каждый сможет жить в полной гармонии с природой, с самим собой.

Литература

1. Ефграфова Н.Н., Каган В.Л. Курс физики для подготовительных отделений вузов: Учеб. Пособие. – 3-е изд., испр. И перераб. – М.: Высш. Шк., 1984.- 487 с., ил.

2. А. В. Пёрышкин Курс физики, ч.II для средней школы Механика (продолжение), теплота и молекулярная физика составлен при участии Н.П. Суворова издание пятнадцатое

Редактор Л.Л. Величко. Художественный редактор Б.Л. Николаев. Технический редактор Н.Н. Махова. Корректор Т.Кузнецова Издательство «Просвещение» Москва 1968

3. Элементарный учебник физики: Учебное пособие. В 3-х т./Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. I. Механика. Теплота. Молекулярная физика. – 10- е изд., перераб.- М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. -608 с., ил.

4. Семке А.И. «Нестандартные задачи по физике», Ярославль: Академия развития,2007.

5. Шустова Л.В., Шустов С.Б. «Химические основы экологии».М.:Просвещение,1995.

6. Лукашик В.И. Задачник по физике 7-8кл. М.: Просвещение,2002.

7. Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. М.: Просвещение,1998.

8. Энциклопедия Физика. М.: Аванта +,1999.

9. Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. М.: Наука,1986.

10. Енохович А.С. Справочник по физике. М.: Просвещение, 1990.

11. Ольгин О. И. Опыты без взрывов. М.: Химия ,1986.

12. Ковтунович М.Г. «Домашний эксперимент по физике 7-11 классы». М.: Гуманитарный издательский центр, 2007.

13. Internet- ресурсы.

infourok.ru

Диффузия и живая природа — реферат

Вывод: В пламени Солнца, жизни и смерти далёких светящихся звёзд, в воздухе, которым мы дышим, изменении погоды, практически во всех физических явлениях мы видим  проявление всемогущей диффузии!

II.5. Диффузия в живой  природе.

Процессы диффузии хорошо изучены в настоящее время, установлены  их физические и химические закономерности, и они вполне применимы к перемещению  молекул в живом организме. Диффузия в живых организмах неразрывно связана  с плазматической мембраной клетки. Поэтому необходимо выяснить, как  она устроена, и как особенности  её строения связаны с транспортом  веществ в клетке.

 Плазматическая мембрана (плазмалемма, клеточная мембрана), поверхностная, периферическая структура,  окружающая протоплазму растительных  и животных клеток, служит не  только механическим барьером, но, главное, ограничивает свободный  двусторонний поток в клетку  и из нее низко- и высокомолекулярных  веществ. Более того, плазмалемма  выступает как структура, «узнающая»  различные химические вещества  и регулирующая избирательный  транспорт этих веществ в клетку

 Внешняя поверхность  плазматической мембраны покрыта  рыхлым волокнистым слоем вещества  толщиной 3-4 нм — гликокаликсом.  Он состоит из ветвящихся цепей  сложных углеводов мембранных  интегральных белков, между которыми  могут располагаться выделенные  клеткой соединения белков с  сахарами и белков с жирами. Тут же обнаруживаются некоторые  клеточные ферменты, участвующие  во внеклеточном расщеплении  веществ (внеклеточное пищеварение,  например, в эпителии кишечника).

 Так как внутренняя  часть липидного слоя гидрофобна, он представляет собой практически  непроницаемый барьер для большинства  полярных молекул. Вследствие  наличия этого барьера, предотвращается  утечка содержимого клеток, однако  из-за этого клетка была вынуждена  создать специальные механизмы  для транспорта растворимых в  воде веществ через мембрану.

 Плазматическая мембрана, как и другие липопротеидные  мембраны клетки, является полупроницаемой.  Максимальной проникающей способностью  обладает вода и растворенные  в ней газы. Транспорт ионов  может проходить по градиенту  концентраций, т. е. пассивно, без  затрат энергии. В этом случае некоторые мембранные транспортные белки образуют молекулярные комплексы, каналы, через которые ионы проходят сквозь мембрану за счет простой диффузии. В других случаях специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом и переносят его через мембрану. Такой тип переноса называется активным транспортом и осуществляется с помощью белковых ионных насосов. Например, затрачивая 1 молекулу АТФ, система К-Nа насоса откачивает за один цикл из клетки 3 иона Nа и закачивает 2 иона К против градиента концентрации. В сочетании с активным транспортом ионов через плазмалемму проникают различные сахара, нуклеотиды и аминокислоты. Макромолекулы, такие как, например, белки, через мембрану не проходят. Они, а также более крупные частицы вещества транспортируются внутрь клетки посредством эндоцитоза. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы захватывает, обволакивает внеклеточный материал, заключает его в мембранную вакуоль. Эта вакуоль — эндосома — сливается в цитоплазме с первичной лизосомой и происходит переваривание захваченного материала. Эндоцитоз формально разделяют на фагоцитоз (поглощение клеткой крупных частиц) и пиноцитоз (поглощение растворов). Плазматическая мембрана принимает участие и в выведении веществ из клетки с помощью экзоцитоза — процесса, обратного эндоцитозу.

 Особенно важна для  живых организмов диффузия ионов  в водных растворах. Не менее  важна роль диффузии в дыхании,  фотосинтезе, транспирации растений; в переносе кислорода воздуха  через стенки альвеол легких  и попадания его в кровь  человека и животных. Диффузия  молекулярных ионов через мембраны  осуществляется с помощью электрического  потенциала внутри клетки. Обладая  избирательной проницаемостью, мембраны  играют роль таможни при перемещении  товаров через границу: одни  вещества пропускают, другие - задерживают,  третьи - вообще «выдворяют» из  клетки. Роль мембран в жизни  клеток очень велика. Гибнущая  клетка теряет контроль над  возможностью регулировать концентрацию  веществ через мембрану. Первым  признаком умирания клетки являются  начинающиеся изменения в проницаемости  и сбое в работе ее наружной  мембраны.

 Помимо обычного транспорта - кинетического процесса переноса  частиц вещества под действием  градиентов электрического или  химического потенциала, температуры  или давления - в клеточных процессах  имеет место и активный транспорт  - движение молекул и ионов  против градиента концентрации  веществ. Такой механизм диффузии  назвали осмосом. ( Впервые осмос  наблюдал А. Нолле в 1748 году, однако исследование этого явления  было начато спустя столетие.) Этот процесс осуществляется  за счет разного осмотического  давления в водном растворе  по разные стороны биологической  мембраны Вода часто свободно  проходит путем осмоса через  мембрану, но эта мембрана может  быть непроницаема для веществ,  растворенных в воде. Любопытно,  что вода течет против диффузии  этого вещества, но подчиняясь  общему закону градиента концентрации (в данном случае воды).

 Поэтому вода стремится  из более разбавленного раствора, где ее концентрация выше, в  более концентрированный раствор  вещества, в котором концентрация  воды ниже. Не имея возможности  непосредственно всасывать и  откачивать воду, клетка осуществляет  это с помощью осмоса, изменяя  концентрацию находящихся в ней  растворенных веществ. Осмос выравнивает  концентрацию раствора по обе стороны мембраны. От осмотического давления растворов веществ по обе стороны клеточной оболочки и упругости клеточной оболочки зависит напряжённое состояние клеточной оболочки, которое называют тургорным давлением (тургор – от лат. turgere — быть набухшим, наполненным). Обычно упругость оболочек клеток животных (исключая некоторых кишечнополостных) невелика, они лишены высокого тургорного давления и сохраняют целостность только в изотонических растворах или мало отличающихся от изотонических (разница между давлением внутренним и давлением внешним меньше 0,5—1,0 ам). У живых растительных клеток давление внутреннее всегда больше давления внешнего, однако, разрыва клеточной оболочки у них не происходит из-за наличия целлюлозной клеточной стенки. Разница между внутренним и внешним давлениями у растений (например, у растений галофитов – любящих соль, грибов) достигает 50—100 ам. Но даже при этом запас прочности растительной клетки составляет 60—70%. У большинства растений относительное удлинение клеточной оболочки вследствие тургора не превышает 5— 10%, а тургорное давление лежит в пределах 5—10 ам. Благодаря тургору ткани растений обладают упругостью и конструктивной прочностью. (Опыты №3, №4 подтверждают это). Все процессы автолиза (самоуничтожения), увядания и старения сопровождаются падением тургорного давления.

 Рассматривая диффузию  в живой природе, нельзя не  упомянуть о всасывании. Всасывание  — процесс поступления различных  веществ из окружающей среды  через клеточные мембраны в  клетки, и через них — во  внутреннюю среду организма. У  растений это процесс поглощения  воды с растворенными в ней  веществами корнями, листьями  путем осмоса и диффузии; у  беспозвоночных — из окружающей  среды или полостной жидкости. У примитивных организмов всасывание  осуществляется с помощью пино- и фагоцитоза. У позвоночных всасывание  может происходить как из полостных  органов — легких, матки, мочевого  пузыря, так и с поверхности  кожи, с раневой поверхности и  др. Кожей всасываются летучие  газы, пары.

 Наибольшее физиологическое  значение имеет всасывание в  желудочно-кишечном тракте, которое  происходит главным образом в  тонком кишечнике. Для эффективного  переноса веществ особое значение  имеет большая площадь поверхности  кишечника и постоянно высокий  кровоток в слизистой оболочке, за счет которого поддерживается  высокий градиент концентраций  всасываемых соединений. У человека  брыжеечный кровоток во время  приема пищи около 400 мл/мин,  а в разгар пищеварения —  до 750 мл/мин, причем основную долю (до 80%) составляет кровоток в слизистой  оболочке пищеварительных органов.  Благодаря наличию структур, увеличивающих  поверхность слизистой оболочки  — круговых складок, ворсинок, микроворсинок, общая площадь  всасывающей поверхности кишки  человека достигает 200 м2.

 Вода и растворы  солей могут диффундировать по  обе стороны кишечной стенки, как в тонком, так и в толстом  кишечнике. Всасывание их происходит  в основном в верхних отделах  тонкого кишечника. Большое значение  имеет в тонком кишечнике транспорт  ионов Na+, за счет которых в  основном создается электрический  и осмотический градиенты. Всасывание  ионов Na+ происходит как за  счет активного, так и пассивного  механизмов.

 Если бы у клетки  не существовало систем регуляции  осмотического давления, то концентрация  растворенных веществ внутри  нее оказалась бы больше их  внешних концентраций. Тогда концентрация  воды в клетке была бы меньшей,  чем ее концентрация снаружи.  Вследствие этого, происходил  бы постоянный приток воды  в клетку и ее разрыв. К счастью,  животные клетки и бактерии  контролируют осмотическое давление  в своих клетках с помощью  активного выкачивания неорганических  ионов, таких как Na. Поэтому  их общая концентрация внутри  клетки ниже, чем снаружи. Например, земноводные значительную часть  времени проводят в воде, а  содержание солей в их крови  и лимфе выше, чем в пресных  водах. Организмы амфибий через  кожные покровы непрерывно всасывают  воду. Поэтому они вырабатывают  много мочи. Лягушка, например, если  ей перевязать клоаку, разбухает,  как шар. И, наоборот, если земноводное  попадает в солёную морскую  воду, оно обезвоживается и погибает  очень быстро. Поэтому моря и  океаны для амфибий – неодолимая  преграда. Клетки растений имеют  жесткие стенки, которые предохраняют  их от набухания. Многие простейшие  избегают разрыва от поступающей  внутрь клетки воды с помощью  специальных механизмов, которые  регулярно выбрасывают поступающую  воду.

 Таким образом, клетка  является открытой термодинамической  системой, осуществляя обмен веществом  и энергией с окружающей средой, но сохраняющей определенное  постоянство внутренней среды.  Эти два свойства саморегулирующейся  системы - открытость и постоянство  - выполняются одновременно, причем  за постоянство клетки как  раз и отвечает обмен веществ  (метаболизм). Обмен веществ является  тем регулятором, который способствует  сохранению системы, он обеспечивает  целесообразное реагирование на  воздействие окружающей среды.  Поэтому необходимым условием  обмена веществ является раздражимость  живой системы на всех уровнях,  которая в то же время выступает  как фактор системности и целостности  системы.

 Мембраны могут менять  свою проницаемость под воздействием  химических и физических факторов, в том числе в результате  деполяризации мембраны при прохождении  электрического импульса через  систему нейронов и воздействия  на нее. 

 Нейрон - это отрезок  нервного волокна. Если на одном  его конце действует раздражитель, то возникает электрический импульс.  Величина его около 0,01 В для  мышечных клеток человека, и он  распространяется со скоростью  порядка 4 м/с. Когда импульс  доходит до синапса - соединения  нейронов, которое можно рассматривать  как своеобразное реле, передающее  сигнал от одного нейрона на  другой, то электрический импульс  преобразуется в химический с  помощью выделения нейромедиаторов  - специфических веществ-посредников.  Когда молекулы такого посредника  попадают в щель между нейронами,  то нейромедиатор путем диффузии  достигает конца щели и возбуждает  следующий нейрон.

 Однако нейрон реагирует  только в том случае, если на  его поверхности имеются особые  молекулы - рецепторы, которые могут  связывать лишь данный медиатор  и не реагировать на другой. Это происходит не только на  мембране, но и в любом органе, например мышце, вызывая ее  сокращение. Сигналы-импульсы через  синапсы могут тормозить или  усиливать передачу других, и поэтому нейроны исполняют логические функции («и», «или»), что в известной мере и послужило Н. Винеру основанием считать, что вычислительные процессы в мозгу живого организма и в ЭВМ идут принципиально по одной и той же схеме. Тогда информационный подход позволяет единым образом описывать неживую и живую природу.

 Сам процесс воздействия  сигнала на мембрану заключается  в изменении ее высокого электрического  сопротивления, так как разность  потенциалов на ней тоже порядка  0,01 В. Уменьшение сопротивления  приводит к увеличению импульса  электрического тока и возбуждение  передается дальше в виде нервного  импульса, изменяя при этом возможность  прохождения через мембрану определенных  ионов. Таким образом, информация  в организме может передаваться  в сочетании, химическим и физическим  механизмами, и это обеспечивает  надежность и многообразие каналов  ее передачи и переработки  в живой системе.

 С процессами клеточного  дыхания, когда в митохондриях  клетки образуются молекулы АТФ,  обеспечивая ее необходимой энергией, тесно связаны и процессы обычного  дыхания живого организма, для  которого требуется кислород  О2, получаемый в результате фотосинтеза.  Механизмы этих процессов также  основаны на законах диффузии. По существу, это те материальные  и энергетические компоненты, которые  необходимы живому организму.  Фотосинтез - это процесс запасания  солнечной энергии путем образования  новых связей в молекулах синтезируемых  веществ. Исходными веществами  для фотосинтеза являются вода  Н2О и двуокись углерода СО2. Из этих простых неорганических  соединений образуются более  сложные богатые энергией питательные  вещества. В качестве побочного,  но очень важного для нас  продукта образуется молекулярный  кислород О2. Примером может служить  реакция, которая идет за счет  поглощения квантов света и  присутствия пигмента хлорофилла, содержащегося в хлоропластах.

 В результате получается  одна молекула сахара C6Н12О6 и  шесть молекул кислорода О2. Процесс  идет по-стадийно, сначала на стадии  фотолиза образуются путем расщепления  воды водород и кислород, а  затем водород, соединяясь с  углекислым газом, образует углевод  – сахар С6Н12О6. По существу, фотосинтез - преобразование лучистой энергии  Солнца в энергию химических  связей возникающих органических  веществ. Таким образом, фотосинтез, производящий на свету кислород  О2, является тем биологическим  процессом, который обеспечивает  живые организмы свободной энергией. Процесс обычного дыхания как  процесс обмена веществ в организме,  связанный с потреблением кислорода,  является обратным процессу фотосинтеза.  Оба эти процесса могут идти  по следующей цепочке:

+ + солнечная энергия (фотосинтез)

 питательные вещества + (дыхание) 

+ + энергия химических  связей. [4]

 Конечные продукты  дыхания служат исходными веществами  для фотосинтеза. Тем самым  процессы фотосинтеза и дыхания  участвуют в круговороте веществ  на Земле. Часть солнечного  излучения поглощается растениями  и некоторыми организмами, которые,  как мы уже знаем, являются  автотрофами, т.е. самопитающимися  (питание для них - солнечный  свет). В результате процесса фотосинтеза  автотрофы связывают углекислый  газ атмосферы и воду, образуя  до 150 млрд. тонн органических веществ,  усваивая до 300 млрд. тонн СО2, и  выделяют около 200 млрд. тонн свободного  кислорода О2 ежегодно.

myunivercity.ru

Диффузия – важное явление природы.

Краевой конкурс научно-практической конференции «Эврика-Юниор»

Малой академии наук учащихся Кубани в 2012-2013 учебном году

Диффузия – важное явление природы.

                                                                                                                      Выполнила:

Саакян Альбина Багдасаровна

ученица 7 класса

МБОУ СОШ №23

Кущевского района

научный руководитель:

Карпенко Любовь Васильевна

учитель физики I категории

МБОУ СОШ №23

Кущевского  района

2012 год.

Аннотация.

На практике часто встречаешься с явлениями которым по началу не предаёшь особое внимание, но потом  по мере обучения в школе понимаешь и начинаешь объяснять происходящие такие обыденные в  жизни явления, но играющие огромную роль в природе и жизни человека , как части природы. Так благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферы вблизи поверхности Земли, диффузия растворов солей в почве способствует нормальному питанию растений, диффузия происходящая в организме человека позволяет насышать клетки нашего тела кислородом и питательными веществами. Вот я и решила рассмотреть некоторые явления диффузии и изучить от каких факторов оно зависит.

Оглавление.

1. Цель проекта.

2.  Немного из истории открытия явления

3. Строение вещества.

4. Диффузия.

5.Процесс диффузии зависит от рода вещества.

6.Зависимость диффузии от температуры.

7. Выводы.

8. Литература.

Цель проекта:

1. Обучение приемам исследовательской деятельности, методам, принципам, формам и способам научного исследования, научного познания.
2. Формирование мотивации исследовательской деятельности.
3. Развитие самостоятельности.
4. Изучение физического явления – диффузия.

Диффузия –важное явление природы.

     Задолго до нашей эры народы Древнего Востока — египтяне, вавилоняне, ассирийцы, индусы и китайцы — накопили много естественнонаучных и технических знаний. В связи с необходимостью строить здания, храмы, пирамиды, с развитием мореплавания, потребностями измерений земельных участков и т. д. накапливались первоначальные сведения о свойствах различных материалов, о технике математических вычислений, о движении небесных светил.

            Древнегреческий ученый Демократ впервые высказал гениальное предположение о том, что все тела состоят из мельчайших и неделимых и неизменных частичек — атомов, которые находятся в движении и, взаимодействуя между собой, образуют все тела природы. 

            Таким образом, древние ученые высказали многое из современных представлений о строении вещества, В ту пору их высказывания являлись, конечно, лишь гениальными догадками, основанными на наблюдениях, но не подтвержденными никакими экспериментальными фактами.

               Греческим мыслителям мы обязаны и другой важной идеей: о возможности объективного познания природы. И все-же физика древних греков была несовершенной. Ее основные представления были разработаны Аристотелем и базировались на анологиях с поведением человека и животных в том смысле, что явления природы объяснялись целями , достижениями которых они служат. Античный мир породил лишь 2 фигуры , внесшие важный вклад в формирование основ современной физики: Демократ из Абдеры во Фракии ( ныне Болгария) и Архимед из Сиракуз. Более всего Демократ известен как создатель атомистической теории. Архимед как основоположник теории плавания тел.

            Знания о строении вещества помогают не только объяснять суть явления, но и оказывать влияние на его течение.

            В природе существует три основных состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. Состояние вещества определяется температурой и строением вещества.В твердом состоянии вещества молекулы располагаются в строгом порядке на расстоянии примерно равном размерам самим молекулам и этот порядок сохраняется на протяжении всего твердого тела. В жидкостях порядок сохраняется только ближний , расстояние соизмеримо с размером самих молекул или чуть больше, поэтому жидкости текучи и не сохраняют форму хотя объем сохраняют , жидкости плохо сжимаемы. В газообразном состоянии вещества, молекулы двигаются хаотично и расстояние во много раз превышает размер самих частиц.

           Процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, вследствие хаотичного движения называется диффузией. диффузия - результат хаотичного движения всех молекул без всякого механического воздействия.

          Так как молекулы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия.

Я провела исследование по зависимости прохождения диффузии в различных жидкостях :спирт, вода, масло растительное. В зависимости от вязкости жидкости скорость диффузии была различна. Быстрее всего она прошла в спирте, затем по скорости диффузии –вода, и на третьем месте – растительное масло.

                 Второй опыт распространение процесса диффузии в 2 твердых телах : картошке и луке. Можно заметить что у картошки диффузия прошла по всему разрезу за 2 дня , у лука за 1 день .Отсюда следует что и от построения волокон растения диффузия идет по разному.

        Третий опыт- это распространение запаха духов в воздухе.

Я  со своими одноклассниками провела следующий опыт: мои одноклассники встали на расстоянии 1,5м друг от друга и я распылила духи, запах доходил до первого испытуемого через 1 минуту, до следующих с интервалом в 30 с. Вот что значит большие расстояния между молекулами, молекулы легко проникли в промежутки между молекулами воздуха, что и подтвердилось скоростью распространения запаха.

Еще я выяснила как зависит явление диффузии от температуры.. Это и был мой 4 опыт изучить  зависимость скорости диффузии от температуры. Для этого мы с одноклассником взяли 2 стакана с водой различной температуры : 20℃ и 60℃, опустили в них по пакетику чая и увидели что диффузия прошла гораздо быстрее в стакане с горячей водой. Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры. Это происходит потому, что с повышением температуры увеличивается скорость движения молекул.

Мои результаты:

1.В газах диффузия происходит быстрее, чем в жидкости и твердом теле, а в жидкости скорость диффузии больше, чем в твердых телах.

2.Явление диффузии протекает по-разному при разной температуре, чем выше температура вещества, тем быстрее происходит диффузия.

       Процессы диффузии имеют очень большое значение в природе. Дыхание животных и растений, проникновение кислорода из крови в ткани — все это диффузия.

Явление диффузии можно пронаблюдать дома, имея крепкий чай и воду.

Все домашнее консервирование основано на диффузии.

Роль диффузии.

1.Поддерживается однородный состав атмосферного воздуха вблизи поверхности земли.

2. Питание, дыхание животных и растений

3. Проникновение кислорода из крови в ткани человека

4.На явлении диффузии основаны соление овощей, варка варений и многие другие технологические процессы.

5. Из-за диффузии все вредные отходы , оставляемые человеком , проникают в почву, воду, а затем впитываются животными и растениями. Это наносит серьезный вред окружающей среде.

Выводы:

Диффузия играет очень большую роль в жизни человека, без этого явления жизнь на Земле была бы не возможна

Человек использует это явление для своего блага.

Скорость явления зависит от рода вещества, температуры.

Литература:

1.учебник физики А.В. Перышкина 7 класс

2. А.С. Енохович «справочник по физике. Просвещение 1999год.

3.Г. Остер «Физика»  Москва 1996г.

nsportal.ru

Смотрите также

• 
  Реферат двфу титульный лист
• 
  Первые киевские князья реферат
• 
  Почва 3 класс реферат
• 
  Реферат об изобретении радио
• 
  Синдром хронической усталости реферат
• 
  Реферат синдром хронической усталости
• 
  Реферат природные ресурсы мира
• 
  Реферат на тему членистоногие
• 
  Луна реферат по астрономии
• 
  Китай 3 класс реферат
• 
  Источники загрязнения воды реферат