Établissement d'enseignement municipal École secondaire Zaozernaya avec étude approfondie des matières individuelles n° 16

Thème : « Diffusion dans la nature vivante et inanimée. »

Complété:

élève de la classe 8A Zyabrev Kirill.

Professeur de physique : Zavyalova G.M.

Professeur de biologie : Zyabreva V.F.

Tomsk – 2008

Introduction. ………………………………………………………… 3

II. Diffusion dans la nature vivante et inanimée.

1. Historique de la découverte du phénomène. ……………………………………. 4

2. La diffusion, ses types. ………………………………………….. 6

3. De quoi dépend le taux de diffusion ? ……………………….. 7

4. Diffusion dans la nature inanimée. ……………………………... 8

5. Diffusion dans la nature vivante. ………………………………… 9

6. Utilisation des phénomènes de diffusion. …………………………. 16

7. Conception de phénomènes de diffusion individuels. …………… 17

III. Conclusion. …………………………………………………... 20

IV. Livres d'occasion. ……………………………………. . 21

Introduction.

Il se passe tellement de choses étonnantes et intéressantes autour de nous. Des étoiles lointaines brillent dans le ciel nocturne, une bougie brûle à la fenêtre, le vent transporte l'arôme des cerisiers en fleurs, une grand-mère vieillissante vous suit du regard…. Je veux en savoir beaucoup, essayer de l'expliquer moi-même. Après tout, de nombreux phénomènes naturels sont associés à des processus de diffusion, dont nous avons parlé récemment à l'école. Mais ils en parlaient si peu !

Objectifs du travail :

1. Développer et approfondir les connaissances sur la diffusion.

2. Modélisez les processus de diffusion individuels.

3. Créer du matériel informatique supplémentaire à utiliser dans les cours de physique et de biologie.

Tâches:

1. Trouvez le matériel nécessaire dans la littérature, sur Internet, étudiez-le et analysez-le.

2. Découvrez où les phénomènes de diffusion se produisent dans la nature vivante et inanimée (physique et biologie), quelle signification ils ont et où ils sont utilisés par l'homme.

3. Décrire et concevoir les expériences les plus intéressantes sur ce phénomène.

4. Créez des modèles animés de certains processus de diffusion.

Méthodes : analyse et synthèse de la littérature, conception, modélisation.

Mon travail se compose de trois parties ; la partie principale se compose de 7 chapitres. J'ai étudié et traité des documents provenant de 13 sources littéraires, y compris des sites éducatifs, de référence, scientifiques et Internet, et j'ai également préparé une présentation réalisée dans l'éditeur Power Point.

II. Diffusion dans la nature vivante et inanimée.

II .1. L'histoire de la découverte du phénomène de diffusion.

En observant au microscope une suspension de pollen de fleurs dans l’eau, Robert Brown a observé un mouvement chaotique de particules provenant « ni du mouvement du liquide ni de son évaporation ». Les particules en suspension de 1 µm ou moins, visibles uniquement au microscope, effectuaient des mouvements indépendants désordonnés, décrivant des trajectoires complexes en zigzag. Le mouvement brownien ne s'affaiblit pas avec le temps et ne dépend pas des propriétés chimiques du milieu ; son intensité augmente avec l'augmentation de la température du milieu et avec une diminution de sa viscosité et de sa taille de particules. Même une explication qualitative des causes du mouvement brownien n'a été possible que 50 ans plus tard, lorsque la cause du mouvement brownien a commencé à être associée aux impacts de molécules liquides sur la surface d'une particule en suspension.

La première théorie quantitative du mouvement brownien a été donnée par A. Einstein et M. Smoluchowski en 1905-06. basé sur la théorie de la cinétique moléculaire. Il a été démontré que les marches aléatoires des particules browniennes sont associées à leur participation au mouvement thermique avec les molécules du milieu dans lequel elles sont en suspension. Les particules ont en moyenne la même énergie cinétique, mais en raison de leur plus grande masse, elles ont une vitesse plus faible. La théorie du mouvement brownien explique les mouvements aléatoires d'une particule par l'action de forces aléatoires provenant de molécules et de forces de frottement. Selon cette théorie, les molécules d’un liquide ou d’un gaz sont en mouvement thermique constant et les impulsions des différentes molécules ne sont pas les mêmes en ampleur et en direction. Si la surface d’une particule placée dans un tel milieu est petite, comme c’est le cas d’une particule brownienne, alors les impacts subis par la particule de la part des molécules qui l’entourent ne seront pas exactement compensés. Par conséquent, à la suite du « bombardement » par des molécules, une particule brownienne entre dans un mouvement aléatoire, changeant l'ampleur et la direction de sa vitesse environ 1 014 fois par seconde. De cette théorie il résulte qu’en mesurant le déplacement d’une particule sur un certain temps et en connaissant son rayon et la viscosité du liquide, on peut calculer le nombre d’Avogadro.

Les conclusions de la théorie du mouvement brownien ont été confirmées par les mesures de J. Perrin et T. Svedberg en 1906. Sur la base de ces relations, la constante de Boltzmann et la constante d'Avogadro ont été déterminées expérimentalement. (Constante d'Avogadro noté NA, le nombre de molécules ou d'atomes dans 1 mole d'une substance, NA=6,022,1023 mol-1 ; nom en l'honneur de A. Avogadro.

constante de Boltzmann, constante physique k, égal au rapport de la constante universelle des gaz R. au numéro d'Avogadro N UN: k = R. / N A = 1.3807.10-23 J/K. Nommé d'après L. Boltzmann.)

Lors de l'observation du mouvement brownien, la position de la particule est enregistrée à intervalles réguliers. Plus les intervalles de temps sont courts, plus la trajectoire de la particule paraîtra brisée.

Les lois du mouvement brownien confirment clairement les principes fondamentaux de la théorie de la cinétique moléculaire. Il a finalement été établi que la forme thermique du mouvement de la matière est due au mouvement chaotique des atomes ou des molécules qui composent les corps macroscopiques.

La théorie du mouvement brownien a joué un rôle important dans la justification de la mécanique statistique, sur laquelle est basée la théorie cinétique de la coagulation (mélange) des solutions aqueuses. En outre, il revêt également une importance pratique en métrologie, puisque le mouvement brownien est considéré comme le principal facteur limitant la précision des instruments de mesure. Par exemple, la limite de précision des lectures d'un galvanomètre à miroir est déterminée par la vibration du miroir, comme une particule brownienne bombardée par des molécules d'air. Les lois du mouvement brownien déterminent le mouvement aléatoire des électrons, qui provoque du bruit dans les circuits électriques. Les pertes diélectriques dans les diélectriques s'expliquent par les mouvements aléatoires des molécules dipolaires qui composent le diélectrique. Les mouvements aléatoires des ions dans les solutions électrolytiques augmentent leur résistance électrique.

Trajectoires de particules browniennes (schéma expérimental Perrin) ; Les points marquent les positions des particules à intervalles de temps égaux.

Ainsi, DIFFUSION OU MOUVEMENT BROWNIEN – Ce mouvement aléatoire de minuscules particules en suspension dans un liquide ou un gaz, se produisant sous l'influence de molécules environnementales ; ouvrir

R. Brown en 1827

II. 2. La diffusion, ses types.

Une distinction est faite entre diffusion et autodiffusion.

La diffusion est la pénétration spontanée des molécules d'une substance dans les espaces entre les molécules d'une autre substance. Dans ce cas, les particules sont mélangées. La diffusion est observée pour les gaz, les liquides et les solides. Par exemple, une goutte d’encre est mélangée à un verre d’eau. Ou l'odeur de l'eau de Cologne se répand dans toute la pièce.

La diffusion, comme l'autodiffusion, existe tant qu'il existe un gradient de densité de la substance. Si la densité d'une même substance n'est pas la même dans différentes parties du volume, alors on observe un phénomène d'autodiffusion. Auto-diffusion appelé le processus d'égalisation de la densité(ou concentration proportionnelle à celle-ci) la même substance. La diffusion et l'autodiffusion se produisent en raison du mouvement thermique des molécules qui, dans des états de non-équilibre, crée des flux de matière.

La densité de flux massique est la masse d'une substance ( dm), diffusant par unité de temps à travers une unité de surface ( dS pl), perpendiculaire à l'axe X :

(1.1)

Le phénomène de diffusion obéit à la loi de Fick

(1.2)

où est le module du gradient de densité, qui détermine le taux de changement de densité dans la direction de l'axe X ;

D- coefficient de diffusion, calculé à partir de la théorie de la cinétique moléculaire à l'aide de la formule

(1.3)

où est la vitesse moyenne de mouvement thermique des molécules ;

Libre parcours moyen des molécules.

Le signe moins indique que le transfert de masse se produit dans le sens d’une densité décroissante.

L'équation (1.2) est appelée équation de diffusion ou loi de Fick.

II. 3. Taux de diffusion.

Lorsqu’une particule se déplace dans une substance, elle entre constamment en collision avec ses molécules. C'est l'une des raisons pour lesquelles, dans des conditions normales, la diffusion est plus lente que le mouvement normal. De quoi dépend le taux de diffusion ?

Premièrement, sur la distance moyenne entre les collisions de particules, c'est-à-dire longueur du libre parcours. Plus cette longueur est longue, plus la particule pénètre rapidement dans la substance.

Deuxièmement, la pression affecte la vitesse. Plus l’accumulation de particules dans une substance est dense, plus il est difficile pour une particule étrangère de pénétrer dans une telle accumulation.

Troisièmement, le poids moléculaire de la substance joue un rôle majeur sur la vitesse de diffusion. Plus la cible est grande, plus elle a de chances de toucher, et après une collision, la vitesse ralentit toujours.

Et quatrièmement, la température. À mesure que la température augmente, les vibrations des particules augmentent et la vitesse des molécules augmente. Cependant, la vitesse de diffusion est mille fois plus lente que la vitesse de libre circulation.

Tous les types de diffusion obéissent aux mêmes lois et sont décrits par le coefficient de diffusion D, qui est une quantité scalaire déterminée à partir de la première loi de Fick.

Pour une diffusion unidimensionnelle ,

où J est la densité de flux des atomes ou des défauts de la substance,
D - coefficient de diffusion,
N est la concentration d'atomes ou de défauts d'une substance.

La diffusion est un processus au niveau moléculaire et est déterminée par la nature aléatoire du mouvement des molécules individuelles. Le taux de diffusion est donc proportionnel à la vitesse moyenne des molécules. Dans le cas des gaz, la vitesse moyenne des petites molécules est plus grande, c'est-à-dire qu'elle est inversement proportionnelle à la racine carrée de la masse de la molécule et augmente avec l'augmentation de la température. Les procédés de diffusion dans des solides à haute température trouvent souvent des applications pratiques. Par exemple, certains types de tubes cathodiques (CRT) utilisent du thorium métallique diffusé à travers du tungstène métallique à 2 000 ºC.

Si dans un mélange de gaz, une molécule est quatre fois plus lourde qu'une autre, alors une telle molécule se déplace deux fois plus lentement que son mouvement dans un gaz pur. En conséquence, son taux de diffusion est également plus faible. Cette différence dans le taux de diffusion des molécules légères et lourdes est utilisée pour séparer des substances de poids moléculaires différents. Un exemple est la séparation des isotopes. Si un gaz contenant deux isotopes traverse une membrane poreuse, les isotopes les plus légers traversent la membrane plus rapidement que les plus lourds. Pour une meilleure séparation, le procédé se déroule en plusieurs étapes. Ce procédé a été largement utilisé pour séparer les isotopes de l'uranium (séparation de l'235U, fissile sous irradiation neutronique, de l'238U massif). Cette méthode de séparation nécessitant beaucoup d’énergie, d’autres méthodes de séparation plus économiques ont été développées. Par exemple, l’utilisation de la diffusion thermique en milieu gazeux est largement développée. Un gaz contenant un mélange d'isotopes est placé dans une chambre dans laquelle une différence spatiale de température (gradient) est maintenue. Dans ce cas, les isotopes lourds se concentrent au fil du temps dans la région froide.

Conclusion. Les changements diffus sont affectés par :

· poids moléculaire de la substance (plus le poids moléculaire est élevé, plus la vitesse est faible) ;

· la distance moyenne entre les collisions de particules (plus la longueur du trajet est longue, plus la vitesse est grande) ;

· pression (plus le tassement des particules est gros, plus il est difficile de les percer),

· température (à mesure que la température augmente, la vitesse augmente).

II.4. Diffusion dans la nature inanimée.

Saviez-vous que toute notre vie est construite sur un étrange paradoxe de la nature ? Tout le monde sait que l'air que nous respirons est constitué de gaz de différentes densités : azote N2, oxygène O2, dioxyde de carbone CO2 et une petite quantité d'autres impuretés. Et ces gaz doivent être disposés en couches, selon la force de gravité : le plus lourd, le CO 2, se trouve à la surface même de la terre, au-dessus se trouve l'O 2, et encore plus haut se trouve le N 2. Mais cela n'arrive pas. Nous sommes entourés d’un mélange homogène de gaz. Pourquoi la flamme ne s'éteint-elle pas ? Après tout, l'oxygène qui l'entoure s'épuise rapidement ? Ici, comme dans le premier cas, le mécanisme d'alignement fonctionne. La diffusion évite les déséquilibres de la nature !

Pourquoi la mer est-elle salée ? Nous savons que les rivières traversent l’épaisseur des roches et des minéraux et entraînent les sels dans la mer. Comment le sel et l’eau se mélangent-ils ? Cela peut être expliqué par une expérience simple :

DESCRIPTION DE L'EXPÉRIENCE : Versez une solution aqueuse de sulfate de cuivre dans un récipient en verre. Versez délicatement de l'eau propre sur la solution. Nous observons la frontière entre les liquides.

Question: Qu’adviendra-t-il de ces liquides au fil du temps, et qu’observera-t-on ?

Au fil du temps, la frontière entre les liquides en contact commencera à s'estomper. Un récipient contenant des liquides peut être placé dans un placard et, jour après jour, vous pouvez observer comment se produit un mélange spontané de liquides. Finalement, un liquide homogène bleu pâle, presque incolore à la lumière, se forme dans le récipient.

Les particules de sulfate de cuivre sont plus lourdes que l'eau, mais en raison de la diffusion, elles montent lentement vers le haut. La raison en est la structure du liquide. Les particules liquides sont regroupées en groupes compacts - les pseudonoyaux. Ils sont séparés les uns des autres par des vides - des trous. Les noyaux ne sont pas stables ; leurs particules ne restent pas longtemps en équilibre. Dès que l’énergie est transmise à la particule, celle-ci se détache du noyau et tombe dans le vide. De là, il passe facilement à un autre noyau, etc.

Les molécules d'une substance étrangère commencent leur voyage à travers le liquide à partir de trous. En chemin, ils entrent en collision avec des noyaux, en éliminent des particules et prennent leur place. En se déplaçant d'un endroit libre à un autre, ils se mélangent lentement aux particules liquides. Nous savons déjà que le taux de diffusion est faible. Par conséquent, dans des conditions normales, cette expérience a duré 18 jours, avec chauffage - 2-3 minutes.

Conclusion: Dans la flamme du Soleil, la vie et la mort d'étoiles lumineuses lointaines, dans l'air que nous respirons, les changements climatiques, dans presque tous les phénomènes physiques, nous voyons la manifestation d'une diffusion toute-puissante !

II.5. Diffusion dans la nature vivante.

Les processus de diffusion sont désormais bien étudiés, leurs lois physiques et chimiques ont été établies et ils sont tout à fait applicables au mouvement des molécules dans un organisme vivant. La diffusion dans les organismes vivants est inextricablement liée à la membrane plasmique de la cellule. Par conséquent, il est nécessaire de découvrir comment il est structuré et comment les caractéristiques de sa structure sont liées au transport de substances dans la cellule.

La membrane plasmique (plasmalemme, membrane cellulaire), une structure superficielle et périphérique entourant le protoplasme des cellules végétales et animales, sert non seulement de barrière mécanique, mais, plus important encore, limite le libre flux bidirectionnel de faibles et de fortes concentrations. substances moléculaires entrant et sortant de la cellule. De plus, le plasmalemme agit comme une structure qui « reconnaît » diverses substances chimiques et régule le transport sélectif de ces substances dans la cellule.

La surface externe de la membrane plasmique est recouverte d'une couche fibreuse lâche de substance de 3 à 4 nm d'épaisseur - le glycocalyx. Il se compose de chaînes ramifiées de glucides complexes, de protéines intégrales membranaires, entre lesquelles peuvent être localisés des composés sécrétés par les cellules de protéines avec des sucres et de protéines avec des graisses. On y retrouve également certaines enzymes cellulaires impliquées dans la dégradation extracellulaire des substances (digestion extracellulaire, par exemple dans l'épithélium intestinal).

L’intérieur de la couche lipidique étant hydrophobe, il représente une barrière pratiquement impénétrable pour la plupart des molécules polaires. En raison de la présence de cette barrière, la fuite du contenu cellulaire est empêchée, mais de ce fait, la cellule a été obligée de créer des mécanismes spéciaux pour transporter les substances solubles dans l'eau à travers la membrane.

La membrane plasmique, comme les autres membranes cellulaires lipoprotéiques, est semi-perméable. L'eau et les gaz qui y sont dissous ont la capacité de pénétration maximale. Le transport des ions peut s’effectuer selon un gradient de concentration, c’est-à-dire de manière passive, sans consommation d’énergie. Dans ce cas, certaines protéines de transport membranaire forment des complexes moléculaires, des canaux par lesquels les ions traversent la membrane par simple diffusion. Dans d'autres cas, des protéines spéciales de transport membranaire se lient sélectivement à l'un ou l'autre ion et le transportent à travers la membrane. Ce type de transport est appelé transport actif et s’effectue à l’aide de pompes à ions protéines. Par exemple, en dépensant 1 molécule d'ATP, le système de pompe K-Na pompe 3 ions Na de la cellule en un seul cycle et pompe 2 ions K contre le gradient de concentration. En combinaison avec le transport actif d'ions, divers sucres, nucléotides et acides aminés pénètrent dans le plasmalemme. Les macromolécules, comme les protéines, ne traversent pas la membrane. Eux, ainsi que les particules plus grosses de la substance, sont transportés dans la cellule par endocytose. Au cours de l'endocytose, une certaine zone du plasmalemme capture, enveloppe le matériel extracellulaire et l'enferme dans une vacuole membranaire. Cette vacuole - un endosome - fusionne dans le cytoplasme avec le lysosome primaire et la digestion du matériel capturé a lieu. L'endocytose est formellement divisée en phagocytose (absorption de grosses particules par la cellule) et pinocytose (absorption de solutions). La membrane plasmique participe également à l’élimination des substances de la cellule par exocytose, un processus inverse de l’endocytose.

La diffusion des ions dans les solutions aqueuses est particulièrement importante pour les organismes vivants. Le rôle de la diffusion dans la respiration, la photosynthèse et la transpiration des plantes n'est pas moins important ; dans le transfert de l'oxygène de l'air à travers les parois des alvéoles des poumons et son entrée dans le sang des humains et des animaux. La diffusion des ions moléculaires à travers les membranes est réalisée par le potentiel électrique au sein de la cellule. Possédant une perméabilité sélective, les membranes jouent le rôle de douane lors du passage des marchandises à la frontière : certaines substances passent, d'autres sont retenues, et d'autres sont généralement « expulsées » de la cellule. Le rôle des membranes dans la vie cellulaire est très important. Une cellule mourante perd le contrôle de sa capacité à réguler la concentration de substances à travers la membrane. Le premier signe d'une cellule mourante est le début de changements dans la perméabilité et le dysfonctionnement de sa membrane externe.

En plus du transport conventionnel - le processus cinétique de transfert de particules d'une substance sous l'influence de gradients de potentiel électrique ou chimique, de température ou de pression - le transport actif a également lieu dans les processus cellulaires - le mouvement des molécules et des ions contre le gradient de concentration de substances. Ce mécanisme de diffusion est appelé osmose. (L'osmose a été observée pour la première fois par A. Nolle en 1748, mais les recherches sur ce phénomène ont commencé un siècle plus tard.) Ce processus est réalisé en raison de différentes pressions osmotiques dans une solution aqueuse de différents côtés d'une membrane biologique. L'eau passe souvent librement à travers l'osmose à travers une membrane, mais cette membrane peut être imperméable aux substances dissoutes dans l'eau. Il est curieux que l'eau s'écoule à contre-courant de la diffusion de cette substance, mais en obéissant à la loi générale du gradient de concentration (dans ce cas, l'eau).

Par conséquent, l’eau tend d’une solution plus diluée, où sa concentration est plus élevée, à une solution plus concentrée d’une substance, dans laquelle la concentration en eau est plus faible. Ne pouvant pas absorber et pomper directement l'eau, la cellule le fait par osmose, modifiant ainsi la concentration des substances dissoutes qu'elle contient. L'osmose égalise la concentration de la solution des deux côtés de la membrane. L'état tendu de la membrane cellulaire, appelé pression de turgescence, dépend de la pression osmotique des solutions de substances des deux côtés de la membrane cellulaire et de l'élasticité de la membrane cellulaire, appelée pression de turgescence (turgor - du latin turgere - être gonflé, rempli). Habituellement, l'élasticité des membranes des cellules animales (à l'exclusion de certains coelentérés) est faible ; elles manquent de pression de turgescence élevée et ne conservent leur intégrité que dans les solutions isotoniques ou celles qui diffèrent peu des solutions isotoniques (la différence entre la pression interne et externe est inférieure à 0,5-1,0 suis). Dans les cellules végétales vivantes, la pression interne est toujours supérieure à la pression externe, cependant, la rupture de la membrane cellulaire ne se produit pas en raison de la présence d'une paroi cellulaire cellulosique. La différence entre les pressions internes et externes chez les plantes (par exemple, chez les plantes halophytes - champignons amateurs de sel) atteint 50-100 heures du matin. Mais malgré cela, la marge de sécurité de la cellule végétale est de 60 à 70 %. Dans la plupart des plantes, l'allongement relatif de la membrane cellulaire dû à la turgescence ne dépasse pas 5 à 10 % et la pression de turgescence se situe entre 5 et 10 heures du matin. Grâce à la turgescence, les tissus végétaux ont une élasticité et une résistance structurelle. (Les expériences n°3, n°4 le confirment). Tous les processus d'autolyse (autodestruction), de flétrissement et de vieillissement s'accompagnent d'une baisse de la pression de turgescence.

Lorsqu’on considère la diffusion dans la nature vivante, on ne peut manquer de mentionner l’absorption. L'absorption est le processus d'entrée de diverses substances de l'environnement à travers les membranes cellulaires dans les cellules et, à travers elles, dans l'environnement interne du corps. Chez les plantes, il s'agit du processus d'absorption de l'eau contenant des substances dissoutes par les racines et les feuilles par osmose et diffusion ; chez les invertébrés - de l'environnement ou du fluide de la cavité. Dans les organismes primitifs, l'absorption se fait par pinocytose et phagocytose. Chez les vertébrés, l'absorption peut se produire à la fois à partir des organes de la cavité - poumons, utérus, vessie, et à partir de la surface de la peau, de la surface de la plaie, etc. Les gaz et vapeurs volatils sont absorbés par la peau.

La plus grande importance physiologique est l'absorption dans le tractus gastro-intestinal, qui se produit principalement dans l'intestin grêle. Pour un transfert efficace des substances, la grande surface de l'intestin et le flux sanguin constamment élevé dans la membrane muqueuse sont particulièrement importants, grâce auxquels un gradient de concentration élevé des composés absorbés est maintenu. Chez l'homme, le flux sanguin mésentérique pendant les repas est d'environ 400 ml/min et au plus fort de la digestion - jusqu'à 750 ml/min, la part principale (jusqu'à 80 %) étant le flux sanguin dans la membrane muqueuse des organes digestifs. . En raison de la présence de structures qui augmentent la surface de la membrane muqueuse - plis circulaires, villosités, microvillosités, la superficie totale de la surface d'absorption de l'intestin humain atteint 200 m2.

Les solutions d’eau et de sel peuvent diffuser des deux côtés de la paroi intestinale, aussi bien dans l’intestin grêle que dans le gros intestin. Leur absorption se produit principalement dans les parties supérieures de l’intestin grêle. Le transport des ions Na+ dans l’intestin grêle est d’une grande importance, c’est pourquoi des gradients électriques et osmotiques sont principalement créés. L'absorption des ions Na+ se produit par des mécanismes à la fois actifs et passifs.

Si la cellule ne disposait pas de systèmes de régulation de la pression osmotique, la concentration de solutés à l’intérieur serait supérieure à leurs concentrations externes. La concentration d’eau dans la cellule serait alors inférieure à sa concentration à l’extérieur. En conséquence, il y aurait un flux constant d’eau dans la cellule et sa rupture. Heureusement, les cellules animales et les bactéries contrôlent la pression osmotique dans leurs cellules en pompant activement des ions inorganiques tels que Na. Leur concentration totale à l’intérieur de la cellule est donc inférieure à celle à l’extérieur. Par exemple, les amphibiens passent une partie importante de leur temps dans l’eau et la teneur en sel de leur sang et de leur lymphe est plus élevée que dans l’eau douce. Les organismes amphibiens absorbent continuellement de l’eau à travers leur peau. Ils produisent donc beaucoup d’urine. Une grenouille, par exemple, si son cloaque est bandé, gonfle comme un ballon. Et inversement, si un amphibien pénètre dans l’eau de mer salée, il se déshydrate et meurt très rapidement. Les mers et les océans constituent donc un obstacle insurmontable pour les amphibiens. Les cellules végétales ont des parois rigides qui les protègent du gonflement. De nombreux protozoaires évitent d'éclater sous l'eau entrant dans la cellule à l'aide de mécanismes spéciaux qui rejettent régulièrement l'eau entrante.

Ainsi, la cellule est un système thermodynamique ouvert, échangeant matière et énergie avec le milieu, mais maintenant une certaine constance du milieu interne. Ces deux propriétés d'un système d'autorégulation - ouverture et constance - sont remplies simultanément, et le métabolisme (métabolisme) est responsable de la constance de la cellule. Le métabolisme est le régulateur qui contribue à la préservation du système ; il assure une réponse appropriée aux influences environnementales. Par conséquent, une condition nécessaire au métabolisme est l'irritabilité d'un système vivant à tous les niveaux, qui agit en même temps comme un facteur de systématicité et d'intégrité du système.

Les membranes peuvent modifier leur perméabilité sous l'influence de facteurs chimiques et physiques, notamment en raison de la dépolarisation de la membrane lorsqu'une impulsion électrique traverse le système neuronal et l'influence.

Un neurone est un morceau de fibre nerveuse. Si un stimulus agit à une extrémité, une impulsion électrique se produit. Sa valeur est d'environ 0,01 V pour les cellules musculaires humaines, et elle se propage à une vitesse d'environ 4 m/s. Lorsque l'impulsion atteint une synapse - une connexion entre neurones, qui peut être considérée comme une sorte de relais transmettant un signal d'un neurone à un autre, l'impulsion électrique est convertie en impulsion chimique grâce à la libération de neurotransmetteurs - des substances intermédiaires spécifiques. Lorsque des molécules d'un tel intermédiaire pénètrent dans l'espace entre les neurones, le neurotransmetteur atteint la fin de l'espace par diffusion et excite le neurone suivant.

Cependant, un neurone ne réagit que s'il y a des molécules spéciales à sa surface - des récepteurs qui ne peuvent se lier qu'à un émetteur donné et ne pas réagir à un autre. Cela se produit non seulement sur la membrane, mais également dans n'importe quel organe, comme un muscle, provoquant sa contraction. Les signaux-impulsions via les synapses peuvent inhiber ou améliorer la transmission des autres, et donc les neurones remplissent des fonctions logiques (« et », « ou »), qui dans une certaine mesure ont servi de base à N. Wiener pour croire que les processus informatiques dans le Le cerveau d’un organisme vivant et celui des ordinateurs suivent essentiellement le même schéma. Ensuite, l'approche informationnelle nous permet de décrire la nature inanimée et vivante de manière unifiée.

Le processus même du signal influençant la membrane consiste à modifier sa résistance électrique élevée, puisque la différence de potentiel sur celle-ci est également de l'ordre de 0,01 V. Une diminution de la résistance entraîne une augmentation de l'impulsion du courant électrique et l'excitation est transmise en outre sous la forme d'un influx nerveux, modifiant ainsi la possibilité de traverser la membrane de certains ions. Ainsi, les informations contenues dans le corps peuvent être transmises en combinaison par des mécanismes chimiques et physiques, ce qui garantit la fiabilité et la diversité des canaux pour leur transmission et leur traitement dans un système vivant.

Les processus de respiration normale d'un organisme vivant, qui nécessitent l'oxygène O2 obtenu à la suite de la photosynthèse, sont étroitement liés aux processus de respiration normale d'un organisme vivant, lorsque des molécules d'ATP se forment dans les mitochondries d'une cellule, lui fournissant l'énergie nécessaire. Les mécanismes de ces processus reposent également sur les lois de la diffusion. Il s’agit essentiellement des composants matériels et énergétiques nécessaires à un organisme vivant. La photosynthèse est le processus de stockage de l'énergie solaire en formant de nouvelles liaisons dans les molécules de substances synthétisées. Les matières premières pour la photosynthèse sont l'eau H 2 O et le dioxyde de carbone CO 2. À partir de ces composés inorganiques simples, se forment des nutriments plus complexes et riches en énergie. L'oxygène moléculaire O2 est formé comme un sous-produit, mais très important pour nous. Un exemple est une réaction qui se produit en raison de l’absorption de quanta de lumière et de la présence du pigment chlorophyllien contenu dans les chloroplastes.

Le résultat est une molécule de sucre C 6 H 12 O 6 et six molécules d'oxygène O 2. Le processus se déroule par étapes, d'abord au stade de la photolyse, l'hydrogène et l'oxygène sont formés en divisant l'eau, puis l'hydrogène, se combinant avec le dioxyde de carbone, forme un glucide - sucre C 6 H 12 O 6. Essentiellement, la photosynthèse est la conversion de l'énergie radiante du Soleil en énergie des liaisons chimiques des substances organiques émergentes. Ainsi, la photosynthèse, qui produit de l'oxygène O 2 dans la lumière, est le processus biologique qui fournit de l'énergie gratuite aux organismes vivants. Le processus de respiration normale en tant que processus métabolique dans le corps associé à la consommation d'oxygène est l'inverse du processus de photosynthèse. Ces deux processus peuvent suivre la chaîne suivante :

Énergie solaire (photosynthèse)

nutriments + (respiration)

Énergie des liaisons chimiques.

Les produits finaux de la respiration servent de matières premières pour la photosynthèse. Ainsi, les processus de photosynthèse et de respiration participent au cycle des substances sur Terre. Une partie du rayonnement solaire est absorbée par les plantes et certains organismes qui, comme nous le savons déjà, sont autotrophes, c'est-à-dire auto-alimentation (la nourriture pour eux est la lumière du soleil). À la suite du processus de photosynthèse, les autotrophes lient le dioxyde de carbone atmosphérique et l'eau, formant jusqu'à 150 milliards de tonnes de substances organiques, assimilant jusqu'à 300 milliards de tonnes de CO 2 et libérant environ 200 milliards de tonnes d'oxygène libre O 2 par an.

Les substances organiques qui en résultent sont utilisées comme nourriture par les humains et les herbivores, qui, à leur tour, se nourrissent d'autres hétérotrophes. Les restes végétaux et animaux sont ensuite décomposés en substances inorganiques simples, qui peuvent à nouveau participer sous forme de CO 2 et H 2 O à la photosynthèse. Une partie de l’énergie produite, y compris celle stockée sous forme de combustible fossile, est utilisée pour la consommation des organismes vivants, tandis qu’une partie est inutilement dissipée dans l’environnement. Par conséquent, le processus de photosynthèse, en raison de sa capacité à lui fournir l'énergie et l'oxygène nécessaires, est à un certain stade du développement de la biosphère terrestre un catalyseur pour l'évolution des êtres vivants.

Les processus de diffusion sont à la base du métabolisme dans la cellule, ce qui signifie qu'avec leur aide, ces processus sont réalisés au niveau des organes. C'est ainsi que se déroulent les processus d'absorption dans les poils absorbants des plantes, dans les intestins des animaux et des humains ; échanges gazeux dans les stomates des plantes, les poumons et les tissus des humains et des animaux, processus excréteurs.

Les biologistes étudient la structure et l'étude des cellules depuis plus de 150 ans, à commencer par Schleiden, Schwann, Purime et Virchow, qui en 1855 ont établi le mécanisme de croissance cellulaire en les divisant. Il a été constaté que chaque organisme se développe à partir d'une seule cellule, qui commence à se diviser et, par conséquent, se forment de nombreuses cellules sensiblement différentes les unes des autres. Mais comme le développement de l'organisme a commencé initialement à partir de la division de la première cellule, nous conservons à un stade de notre cycle de vie des similitudes avec un ancêtre unicellulaire très éloigné, et on peut dire en plaisantant que nous sommes plus susceptibles de descendre d'un amibe que d’un singe.

Les organes sont formés à partir de cellules et le système cellulaire acquiert des qualités que ses éléments constitutifs n'ont pas, c'est-à-dire cellules individuelles. Ces différences sont dues à l’ensemble des protéines synthétisées par une cellule donnée. Il existe des cellules musculaires, des cellules nerveuses, des cellules sanguines (érythrocytes), des cellules épithéliales et autres, selon leur fonctionnalité. La différenciation cellulaire se produit progressivement au cours du développement de l'organisme. Au cours du processus de division cellulaire, de leur vie et de leur mort, un remplacement continu des cellules se produit tout au long de la vie de l'organisme.

Pas une seule molécule de notre corps ne reste inchangée pendant plus de quelques semaines ou mois. Pendant ce temps, des molécules sont synthétisées, remplissent leur rôle dans la vie de la cellule, sont détruites et remplacées par d'autres molécules plus ou moins identiques. Le plus étonnant est que les organismes vivants dans leur ensemble sont beaucoup plus constants que les molécules qui les composent, et que la structure des cellules et de l'organisme tout entier constitué de ces cellules reste inchangée dans ce cycle non-stop, malgré le remplacement de composants individuels.

De plus, il ne s'agit pas d'un remplacement de pièces individuelles de la voiture, mais, comme le compare figurativement S. Rose, de la carrosserie avec un bâtiment en brique, « d'où un maçon fou retire continuellement une brique après l'autre nuit et jour et en insère de nouvelles. à leur place. Dans le même temps, l’aspect extérieur du bâtiment reste le même, mais les matériaux sont constamment remplacés. » Nous naissons avec certains neurones et cellules et mourons avec d’autres. Un exemple est la conscience, la compréhension et la perception d’un enfant et d’une personne âgée. Toutes les cellules contiennent une information génétique complète pour la construction de toutes les protéines d'un organisme donné. Le stockage et la transmission des informations héréditaires s'effectuent à l'aide du noyau cellulaire.

Conclusion: Le rôle de la perméabilité de la membrane plasmique dans la vie cellulaire ne peut être exagéré. La plupart des processus associés à l'alimentation en énergie de la cellule, à l'obtention de produits et à son élimination des produits de désintégration sont basés sur les lois de diffusion à travers cette barrière vivante semi-perméable.

Osmose- en substance, la simple diffusion de l'eau depuis des endroits à plus forte concentration d'eau vers des endroits à plus faible concentration d'eau.

Transport passif– il s’agit du transfert de substances d’endroits à fort potentiel électrochimique vers des endroits de valeur plus faible. Le transfert de petites molécules hydrosolubles s'effectue à l'aide de protéines de transport spéciales. Ce sont des protéines transmembranaires spéciales, chacune étant responsable du transport de molécules spécifiques ou de groupes de molécules apparentées.

Il est souvent nécessaire d'assurer le transport des molécules à travers une membrane en fonction de leur gradient électrochimique. Ce processus est appelé transport actif et est réalisé par des protéines porteuses, dont l'activité nécessite de l'énergie. Si vous connectez une protéine porteuse à une source d'énergie, vous pouvez obtenir un mécanisme qui assure le transport actif de substances à travers la membrane.

II.6. Application de la diffusion.

L'homme utilise les phénomènes de diffusion depuis l'Antiquité. Ce processus implique la cuisson et le chauffage de la maison. On rencontre de la diffusion lors du traitement thermique des métaux (soudage, brasage, découpe, revêtement, etc.) ; application d'une fine couche de métaux sur la surface de produits métalliques pour augmenter la résistance chimique, la résistance, la dureté des pièces et des appareils, ou à des fins de protection et de décoration (galvanisation, chromage, nickelage).

Le gaz naturel inflammable que nous utilisons à la maison pour cuisiner n’a ni couleur ni odeur. Il serait donc difficile de détecter immédiatement une fuite de gaz. Et en cas de fuite, le gaz se propage dans toute la pièce par diffusion. Pendant ce temps, à un certain rapport gaz/air dans une pièce fermée, un mélange se forme qui peut exploser, par exemple, à partir d'une allumette allumée. Le gaz peut également provoquer une intoxication.

Pour rendre perceptible le flux de gaz dans une pièce, dans les stations de distribution, le gaz inflammable est pré-mélangé avec des substances spéciales qui dégagent une forte odeur désagréable, facilement perceptible par l'homme, même à de très faibles concentrations. Cette précaution permet de constater rapidement l'accumulation de gaz dans la pièce en cas de fuite.

Dans l'industrie moderne, on utilise le formage sous vide, une méthode de fabrication de produits à partir de feuilles thermoplastiques. Un produit de la configuration requise est obtenu grâce à la différence de pression résultant du vide dans la cavité du moule sur laquelle la feuille est fixée. Il est utilisé, par exemple, dans la production de conteneurs, de pièces de réfrigérateur et de boîtiers d'instruments. Grâce à cette diffusion, il est possible de souder quelque chose qui est impossible à souder seul (métal avec verre, verre et céramique, métaux et céramiques, et bien plus encore).

En raison de la diffusion de divers isotopes de l'uranium à travers des membranes poreuses, le combustible des réacteurs nucléaires est traité. Parfois, le combustible nucléaire est appelé combustible nucléaire.

L'absorption (résorption) de substances lorsqu'elles sont introduites dans le tissu sous-cutané, dans les muscles ou lorsqu'elles sont appliquées sur les muqueuses de l'œil, du nez ou de la peau du conduit auditif se produit principalement par diffusion. C'est la base de l'utilisation de nombreuses substances médicinales et leur absorption dans les muscles se produit plus rapidement que dans la peau.

La sagesse populaire dit : « tondez vos cheveux pendant qu’il y a de la rosée ». Dites-moi, qu'est-ce que la diffusion et la tonte matinale ont à voir là-dedans ? L'explication est très simple. Pendant la rosée du matin, les graminées ont une pression de turgescence accrue, les stomates sont ouverts et les tiges sont élastiques, ce qui les rend plus faciles à tondre (l'herbe tondue avec des stomates fermés sèche moins bien).

En horticulture, lors du bourgeonnement et du greffage des plantes, des cals se forment sur les sections en raison de la diffusion (du latin Callus - callus) - le tissu de la plaie sous la forme d'un afflux aux endroits endommagés et favorise leur cicatrisation, assure la fusion du scion avec le porte-greffe.

Le cal est utilisé pour obtenir une culture de tissus isolés (explantation). Il s'agit d'une méthode de conservation et de culture à long terme dans des milieux nutritifs spéciaux de cellules, de tissus, de petits organes ou de leurs parties isolées du corps humain, des animaux et des plantes. Basé sur des méthodes de culture d'une culture de micro-organismes qui assurent l'asepsie, la nutrition, les échanges gazeux et l'élimination des produits métaboliques des objets cultivés. L'un des avantages de la méthode de culture tissulaire est la possibilité d'observer l'activité vitale des cellules à l'aide d'un microscope. Pour ce faire, les tissus végétaux sont cultivés sur des milieux nutritifs contenant des auxines et des cytokinines. Les callosités sont généralement constituées de cellules homogènes peu différenciées du tissu éducatif, mais lorsque les conditions de croissance changent, notamment la teneur en phytohormones dans le milieu nutritif, la formation de phloème, de xylème et d'autres tissus y est possible, ainsi que le développement de divers organes. et toute la plante.

II.7. Conception d'expériences individuelles.

En utilisant la littérature scientifique, j'ai essayé de répéter les expériences qui m'intéressaient le plus. J'ai représenté le mécanisme de diffusion et les résultats de ces expériences dans la présentation sous forme de modèles d'animation.

EXPÉRIENCE 1. Prenez deux tubes à essai : une moitié remplie d’eau, l’autre moitié remplie de sable. Versez l'eau dans un tube à essai avec du sable. Le volume d'un mélange d'eau et de sable dans un tube à essai est inférieur à la somme des volumes d'eau et de sable.

EXPÉRIENCE 2. Remplissez un long tube de verre à moitié avec de l'eau, puis versez de l'alcool coloré dessus. Marquez le niveau général des liquides dans le tube avec un anneau en caoutchouc. Après avoir mélangé l'eau et l'alcool, le volume du mélange diminue.

(Les expériences 1 et 2 prouvent qu'il existe des espaces entre les particules de matière ; lors de la diffusion, elles sont remplies de particules de substance étrangère.)

EXPÉRIENCE 3. On met en contact un coton imbibé d'ammoniaque avec un coton imbibé de l'indicateur phénolphtaléine. On observe la coloration des toisons d'une couleur pourpre.

Maintenant, un coton imbibé d'ammoniaque est placé au fond d'un récipient en verre et un autre imbibé de phénolphtaléine. Fixez-le au couvercle et couvrez le récipient en verre avec ce couvercle. Après un certain temps, le coton imbibé de phénolphtaléine commence à se colorer.

À la suite de l’interaction avec l’ammoniac, la phénolphtaléine devient cramoisie, ce que nous avons observé au contact du coton. Mais pourquoi alors dans le second cas, du coton imbibé de phénolphtaléine. Il est aussi peint, car désormais les toisons ne sont plus mises en contact ? Réponse : mouvement chaotique continu de particules de substances.

EXPÉRIENCE 4. Placez une étroite bande de papier filtre imbibé d’un mélange de pâte d’amidon et de solution indicatrice de phénolphtaléine le long de la paroi à l’intérieur d’un grand récipient cylindrique. Placez les cristaux d'iode au fond du récipient. Fermez hermétiquement le récipient avec un couvercle auquel est suspendu du coton imbibé de solution d'ammoniaque.

En raison de l’interaction de l’iode avec l’amidon, une couleur bleu-violet remonte sur la bande de papier. Dans le même temps, une couleur pourpre se propage vers le bas, preuve du mouvement des molécules d'ammoniac. Après quelques minutes, les limites des zones colorées du papier se rejoignent, puis les couleurs bleues et pourpres se mélangent, c'est-à-dire qu'une diffusion se produit.[10]

EXPÉRIENCE 5.(dépensez-le ensemble) Prenez une montre avec une trotteuse, un mètre ruban, une bouteille d'eau de toilette et placez-vous dans différents coins de la pièce. On note l'heure et on ouvre la bouteille. Un autre note le moment où il sent l'eau de toilette. En mesurant la distance entre les expérimentateurs, on trouve le taux de diffusion. Pour plus de précision, l'expérience est répétée 3 à 4 fois et la valeur de vitesse moyenne est trouvée. Si la distance entre les expérimentateurs est de 5 mètres, alors l'odeur se fait sentir au bout de 12 minutes. Autrement dit, la vitesse de diffusion dans ce cas est de 2,4 m/min.

EXPÉRIENCE 6. DÉTERMINATION DE LA VISCOSITÉ DU PLASMA PAR LA MÉTHODE DE PLASMOLYSE (d'après P.A. Genkel).

Vitesse d'avance plasmolyse convexe dans les cellules végétales lorsqu'elles sont traitées avec une solution hypertanique, cela dépend de la viscosité du cytoplasme ; plus la viscosité du cytoplasme est faible, plus tôt la plasmolyse concave se transforme en convexe. La viscosité du cytoplasme dépend du degré de dispersion des particules colloïdales et de leur hydratation, de la teneur en eau de la cellule, de l'âge des cellules et d'autres facteurs.

Progrès. Faites une fine section de l'épiderme d'une feuille d'aloès ou arrachez l'épiderme des écailles molles d'un oignon. Les coupes préparées sont teintées dans un verre de montre pendant 10 minutes dans une solution rouge neutre à la concentration de 1 : 5000. Ensuite, les coupes de l'objet sont placées sur une lame de verre dans une goutte de saccharose à faible concentration et recouvertes d'une lamelle. Au microscope, l'état de plasmolyse est noté. Premièrement, une plasmolyse concave est observée dans les cellules. Par la suite, cette forme est soit conservée, soit, à une vitesse variable, se transforme en une forme convexe. Il est important de noter le moment de transition de la plasmolyse concave à la plasmolyse convexe. La période de temps pendant laquelle la plasmolyse concave se transforme en plasmolyse convexe est un indicateur du degré de viscosité du protoplasme. Plus le temps de transition vers la plasmolyse convexe est long, plus la viscosité du plasma est élevée. La plasmolyse dans les cellules d'oignon commence plus rapidement que dans la peau d'aloès. Cela signifie que le cytoplasme des cellules d'aloès est plus visqueux.

EXPÉRIENCE 7. PLASMOLYSE. DÉPLASMOLYSE. PÉNÉTRATION DE SUBSTANCES DANS LA VACUOLE [2]

Certaines substances organiques pénètrent assez rapidement dans la vacuole. Dans les cellules, lorsqu'elles sont conservées dans des solutions de telles substances, la plasmolyse est relativement rapidement perdue et une déplasmolyse se produit.

La déplasmolyse est la restauration de la turgescence des cellules(c'est-à-dire le phénomène inverse de la plasmolyse).

Progrès. Des coupes de l'épiderme supérieur d'écailles d'oignon colorées (côté concave) sont placées dans une goutte de solution I M d'engrais végétal urée ou glycérol directement sur une lame de verre et recouvertes d'une lamelle. Après 15 à 30 minutes, les objets sont examinés au microscope. Les cellules plasmolysées sont clairement visibles. Laissez les coupes dans une goutte de solution pendant encore 30 à 40 minutes. Ensuite, ils regardent à nouveau au microscope et observent la déplasmolyse - restauration de la turgescence.

Conclusion : Les plantes ne peuvent pas contrôler clairement la quantité de produits chimiques entrant et sortant des cellules.

III. Conclusion.

Les lois de la diffusion régissent les processus de mouvements physiques et chimiques des éléments à l’intérieur de la Terre et dans l’Univers, ainsi que les processus vitaux des cellules et des tissus des organismes vivants. La diffusion joue un rôle important dans divers domaines scientifiques et technologiques, dans les processus se produisant dans la nature vivante et inanimée. La diffusion influence le déroulement de nombreuses réactions chimiques, ainsi que de nombreux processus et phénomènes physico-chimiques : membrane, évaporation, condensation, cristallisation, dissolution, gonflement, combustion, catalytique, chromatographique, luminescent, électrique et optique dans les semi-conducteurs, modération neutronique dans les réacteurs nucléaires etc. . La diffusion revêt une grande importance dans la formation d'une double couche électrique aux limites de phase, la diffusion et l'électrophorèse, dans les procédés photographiques pour l'obtention rapide d'images, etc. La diffusion sert de base à de nombreuses opérations techniques courantes : frittage de poudres, traitement chimico-thermique des métaux, métallisation et soudage des matériaux, tannage du cuir et de la fourrure, teinture des fibres, déplacement des gaz à l'aide de pompes à diffusion. Le rôle de la diffusion a considérablement augmenté en raison de la nécessité de créer des matériaux aux propriétés prédéterminées pour les domaines technologiques en développement (énergie nucléaire, astronautique, rayonnements et processus chimiques plasmatiques, etc.). La connaissance des lois régissant la diffusion permet d'éviter des modifications indésirables des produits qui se produisent sous l'influence de charges et de températures élevées, de rayonnements et bien plus encore...

Que serait le monde sans diffusion ? Arrêtez le mouvement thermique des particules - et tout autour deviendra mort !

Dans mon travail, j'ai résumé le matériel collecté sur le thème du résumé et préparé une présentation réalisée dans l'éditeur Power Point pour sa soutenance. Cette présentation, à mon avis, peut diversifier le matériel de cours sur ce sujet. Certaines des expériences décrites dans la littérature ont été répétées et légèrement modifiées par mes soins. Les exemples de diffusion les plus intéressants sont présentés sur les slides de présentation en modèles animés.

IV. Livres d'occasion :

1. Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I. et al. Biophysique.

M., Arktos-Vika-presse, 1996

2. Afanasyev Yu.I., Yurina N.A., Kotovsky E.F. et autres Histologie.

M. Médecine, 1999.

3. Alberts B., Bray D., Lewis J. et al. Biologie moléculaire de la cellule.

En 3 tomes. Tome 1. M., Mir, 1994.

4. Grande Encyclopédie de Cyrille et Méthode 2006

5. Varikash V.M. et autres Physique dans la nature vivante. Minsk, 1984.

6. Demiankov E.N. Problèmes en biologie. M. Vlados, 2004.

7. Nikolaev N.I. Diffusion dans les membranes. M. Chimie, 1980, p.76

8. Perychkine A.V. La physique. 7. M. Outarde, 2004.

9. Dictionnaire encyclopédique physique, M., 1983, p. 174-175, 652, 754

10. Shablovsky V. Physique divertissante. Saint-Pétersbourg, « trigon » 1997, p.416

11.xttp//bio. fizten/ru./

12.xttp//markiv. narod.ru./

13. « http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%84%D1%84%D1%83%D0%B7%D0%B8%D1%8F » Catégories : Phénomènes au niveau atomique | Phénomènes thermodynamiques | Phénomènes de transfert | La diffusion

Pourquoi voyez-vous ce message ?. Si vous en êtes propriétaire, suivez les instructions. La période d'hébergement prépayée du site a expiré. Si vous êtes son propriétaire, vous devez recharger votre solde. Le propriétaire du site Web a décidé de le désactiver. Le site Web a violé les termes de l'accord d'hébergement.

NetAngels :: Hébergement professionnel

Tél. : 8-800-2000-699 (l'appel en Fédération de Russie est gratuit)

L'hébergement est un service permettant de placer un site Web sur le serveur d'un fournisseur ou un serveur sur le site du fournisseur (dans un centre de données), c'est-à-dire offrant une connexion Internet 24 heures sur 24, une alimentation électrique et un refroidissement ininterrompus. Fondamentalement, la demande d'hébergement de sites Web est bien plus importante que celle de serveurs d'hébergement, car l'hébergement de vos propres serveurs n'est généralement nécessaire que pour des sites Web ou des portails assez grands. De plus, les sites d'hébergement eux-mêmes sont appelés sites ou serveurs qui fournissent ce service.

Attention! L'administration du site n'est pas responsable du contenu des développements méthodologiques, ainsi que de la conformité du développement avec la norme éducative de l'État fédéral.

• Participante : Kholosha Daria Olegovna
• Responsable : Panova Lyudmila Valentinovna

Le but est d'établir ce qui détermine la vitesse de diffusion dans un liquide.

Expériences de diffusion

La diffusion– un phénomène dans lequel se produit une pénétration mutuelle de molécules d'une substance entre molécules d'une autre (définition tirée d'un manuel).

Cible– établir ce qui détermine la vitesse de diffusion dans un liquide.

La diffusion s'explique par le mouvement continu des molécules d'une substance, la vitesse de déplacement dépend de la température. C'est pourquoi hypothèse– la vitesse de diffusion dans un liquide dépend de la température.

Équipement: un verre d'eau froide et chaude, du permanganate de potassium, une spatule.

Précautions de sécurité: Manipulez l’eau chaude et la verrerie avec précaution.

Description du déroulement et des résultats de l'expérimentation.

1. Prenez deux verres d'eau froide et chaude.
2. A l'aide d'une spatule, versez le permanganate de potassium et observez le phénomène.

En observant le phénomène de diffusion dans un verre d'eau froide et chaude, j'ai vu que le processus de diffusion se déroule plus rapidement dans l'eau chaude que dans l'eau froide. L'hypothèse s'est confirmée.

Aperçu de l'application du phénomène en question dans la pratique : La dépendance du taux de diffusion à la température est utilisée dans de nombreux processus technologiques : préparation du thé ou du café, salage, fabrication de confiture, teinture des tissus, lavage des objets.

Le processus de métallisation est basé sur le phénomène de diffusion : recouvrir la surface d'un produit d'une couche de métal ou d'alliage pour lui conférer des propriétés physiques, chimiques et mécaniques. Utilisé pour protéger les produits de la corrosion, de l’usure et à des fins décoratives. Ainsi, la carburation est utilisée pour augmenter la dureté et la résistance thermique des pièces en acier. Les pièces en acier sont placées dans une boîte contenant de la poudre de graphite, qui est installée dans un four thermique. En raison de la diffusion, les atomes de carbone pénètrent dans la couche superficielle des pièces. La profondeur de pénétration dépend de la température et du temps de maintien des pièces dans le four thermique. Il est également utilisé dans la fusion de nombreux métaux, comme l’acier.

Bilan des observations du phénomène en question dans la nature: nutrition des plantes, saturation en oxygène de l'eau, composition homogène de l'atmosphère, processus physiologiques du corps humain (respiration et digestion).

• La première description quantitative des processus de diffusion a été donnée par le physiologiste allemand A. Fick en 1855.
• En 1638, l'ambassadeur Vasily Starkov a apporté 4 livres de feuilles séchées en cadeau au tsar Mikhaïl Fedorovitch du mongol Altyn Khan. Les Moscovites ont beaucoup aimé cette plante et l'utilisent toujours avec plaisir. C'était du thé, le processus d'infusion est la diffusion.
• La diffusion se produit non seulement dans la vie quotidienne, mais aussi dans les contes de fées, les proverbes et les dictons.

– Vieux conte assyrien « Roi Zimaar » : « Le roi avait un conseiller intelligent, Ayaz, qu'il respectait beaucoup. Comme cela arrive habituellement dans de tels cas, Ayaz avait des ennemis qui le calomniaient devant le roi et, les écoutant, il l'emprisonna. Lorsque la femme d'Ayaz est venue vers lui, il lui a ordonné d'attraper une grosse fourmi, d'attacher un fil solide de quarante mètres de long à sa jambe, d'attacher une corde de même longueur à son extrémité libre et de laisser la fourmi le long du mur extérieur de la prison. l'endroit indiqué. Comme l’a dit Ayaz, c’est ce que la femme a fait. Ayaz lui-même a émietté du sucre sur la fenêtre de la cellule et la fourmi, suivant l'odeur du sucre, a atteint la cellule où était assis Ayaz. C'est ce phénomène qui a sauvé Ayaz et a aidé la fourmi à retrouver la caméra.

– Proverbes et dictons qui ne peuvent être expliqués que par la connaissance du phénomène de diffusion.

1. Une mouche dans la soupe.
2. Les oignons hachés sentent et piquent davantage les yeux
3. Un magasin de légumes n'a pas besoin d'enseigne.

Expériences sur la force de frottement

L'expérience est décrite dans le manuel d'A.V. Peryshkin « Physique 7e année » : un manuel pour les établissements d'enseignement / A.V. Peryshkin. – M. : Outarde, 2012.

Lorsqu’un corps entre en contact avec un autre, une interaction se produit qui entrave leur mouvement relatif, appelé friction. Et la force caractérisant cette interaction est appelée force de frottement. (extrait du manuel)

Il existe trois types de frottements : le frottement statique, le frottement de glissement, le frottement de roulement.

Dans UMK Peryshkina A.V. Seule la dépendance de la force de frottement au poids du corps est étudiée ; nous avons ajouté des expériences qui sont discutées indirectement (dépendance à la surface, au type de surfaces frottantes).

Cible– découvrez de quoi dépend la force de frottement de glissement.

Équipement: bloc de bois, dynamomètre, jeu de poids, papier de verre, rail de guidage.

Proposer une hypothèse. La force de frottement dépend de la zone de contact de la surface, du poids du corps et du type de surfaces en contact.

: soyez prudent avec le matériel.

1. Placez un bloc de bois sur le rail de guidage.
2. Fixez un dynamomètre au bloc et tirez-le uniformément. Le dynamomètre affichera la force de traction égale à la force de frottement. Enregistrez le résultat.

F tr = 0,3H

1. Tournez le bloc de l'autre côté et mesurez les lectures du dynamomètre.

F tr = 0,3H

Conclusion : la force de frottement de glissement ne dépend pas de la zone de contact entre les corps.

1. Mesurez la force de frottement de glissement avec une charge et deux charges.

F tr = 0,3H

F tr = 0,5N (1 charge)

F tr = 0,6 N (2 poids)

Conclusion : plus la force pressant le corps contre la surface (poids corporel) est grande, plus la force de friction qui en résulte est importante.

1. Mesurez la force de frottement de glissement avec une charge sur du papier de verre.

F tr = 0,3H

F tr = 0,6 N (sur papier de verre)

Conclusion : la force de frottement dépend du type de surfaces en contact (rugosité de surface)

: Sans frottement statique, ni les personnes ni les animaux ne pourraient marcher sur le sol, car lors de la marche, les jambes poussent du sol. Par temps glacial, il y a peu de friction entre la semelle de la chaussure et le sol, il est très difficile de se décoller du sol et les pieds glissent. Pour augmenter la force de friction entre la semelle de la chaussure et la glace, les trottoirs sont saupoudrés de sable. La friction assure la liaison de divers matériaux, pièces d'outils, divers dispositifs et structures. Grâce au frottement entre les fils, les tissus ne s'effilochent pas ; les marteaux, haches, pelles et autres outils sont maintenus sur les manches. Des boulons avec des écrous, des clous, des vis, des cales maintiennent des parties de structures ensemble par friction. La friction aide une personne à tenir des objets dans ses mains. Sans le frottement de l’archet sur les cordes, jouer du violon ou du violoncelle serait impossible.

De nombreuses plantes et animaux possèdent divers organes qui servent à la préhension (antennes végétales, trompes d'éléphant, queues préhensiles des animaux grimpants). Tous ont une surface rugueuse pour augmenter la force de friction.

Parmi les organismes vivants, les adaptations sont courantes (laine, poils, écailles, épines situées obliquement par rapport à la surface), grâce auxquelles le frottement est faible lors d'un déplacement dans un sens et important lors d'un déplacement dans la direction opposée. Le mouvement d'un ver de terre est basé sur ce principe. Les poils dirigés vers l'arrière permettent librement au corps du ver de passer vers l'avant, mais inhibent le mouvement inverse. Lorsque le corps s'allonge, la partie tête avance et la partie queue reste en place ; lorsqu'il se contracte, la partie tête est retardée et la partie queue est tirée vers elle.

Un frottement important est indispensable pour les surfaces de travail des organes de mouvement. Une condition nécessaire au mouvement est une adhérence fiable entre le corps en mouvement et le support. L'adhésion est obtenue soit par des points sur les membres, soit par de petites irrégularités, par exemple des poils, des écailles, des tubercules. Des frottements importants sont également nécessaires pour les organes de préhension. Leur forme est intéressante : ce sont soit des pinces qui saisissent l'objet des deux côtés, soit des cordelettes qui font le tour de celui-ci. La main combine l'action des forceps et une couverture complète de tous les côtés ; La peau douce de la paume adhère bien à la rugosité des objets à tenir.

La présence de faits intéressants sur le phénomène en question :

• Léonard de Vinci (1519) fut le premier à formuler les lois du frottement. Il a fait valoir que la force de friction qui apparaît lorsqu'un corps entre en contact avec la surface d'un autre corps est proportionnelle à la charge (force de pression), dirigée contre la direction du mouvement et ne dépend pas de la zone de contact. Le modèle de Léonard a été redécouvert 180 ans plus tard par G. Amonton et a reçu sa formulation définitive dans les travaux de Sh.O. Coulomb (1781). Amonton et Coulomb ont introduit le concept de coefficient de frottement comme rapport entre la force de frottement et la charge, lui donnant la valeur d'une constante physique qui détermine complètement la force de frottement pour toute paire de matériaux en contact.
• La nature de la force de frottement est électromagnétique. Cela signifie que la cause de son apparition est due aux forces d'interaction entre les particules qui composent la substance. La deuxième raison de l’apparition d’une force de frottement est la rugosité de la surface. Les parties saillantes des surfaces se touchent et gênent le mouvement du corps. C'est pourquoi se déplacer sur des surfaces lisses (polies) nécessite moins de force que se déplacer sur des surfaces rugueuses.
• Proverbes et dictons : (recueillis par les étudiants).

1. Si vous ne le graissez pas, vous n’irez pas ;
2. Les choses se sont déroulées comme sur des roulettes ;
3. Vous ne pouvez pas tenir une anguille dans vos mains ;
4. Tondez la faux pendant qu'il y a de la rosée, ôtez la rosée et nous voilà à la maison ;
5. Une femme avec une charrette facilite la tâche d'une jument ;

• Le téflon a le coefficient de frottement le plus bas pour un solide (0,02). Chaque personne moderne possède des casseroles et des poêles avec un revêtement antiadhésif en téflon dans sa cuisine.

Expériences sur la conductivité thermique

L'expérience est décrite dans le manuel d'A.V. Peryshkin « Physique 8e année » : un manuel pour les établissements d'enseignement / A.V. Peryshkin. – M. : Outarde, 2012.

Conductivité thermique- le phénomène de transfert d'énergie interne d'une partie du corps à une autre ou d'un corps à un autre lors de leur contact direct. (extrait du manuel)

Tous les métaux ont des structures différentes et doivent donc transférer la chaleur différemment.

Proposer une hypothèse. La conductivité thermique des différents métaux doit être différente.

Cible– observer la conductivité thermique des métaux.

Équipement: des tiges d'aluminium et de laiton, de la pâte à modeler, des aiguilles, une bougie, des allumettes, deux trépieds.

Description et respect des précautions de sécurité lors de l'étude expérimentale: Respectez les précautions de sécurité lorsque vous travaillez avec une bougie.

Description du déroulement et des résultats de l'expérimentation:

1. Fixez les aiguilles aux tiges à l'aide de pâte à modeler.
2. Fixez les tiges au trépied.
3. Allumez une bougie et faites chauffer les tiges.
4. Observez les aiguilles sur la tige.

Les observations ont montré que les aiguilles de la tige en aluminium commençaient à tomber plus rapidement que celles de la tige en laiton.

Conclusion : la conductivité thermique des différents métaux n'est pas la même.

Bilan de l'application du phénomène en question dans la pratique: Souvent, lors du traitement thermique d'un produit, il est nécessaire de maintenir une température élevée. C'est pourquoi les métaux sont utilisés dans la cuisine, car leur conductivité thermique et leur résistance sont supérieures à celles des autres matériaux. Pour le thé chaud, afin de ne pas vous brûler au moment de choisir entre une tasse en métal ou en porcelaine, il faut en choisir une en porcelaine.

Les casseroles, poêles, plaques à pâtisserie et autres ustensiles sont en métal. Un bon exemple d’utilisation de matériaux à haute conductivité thermique dans la cuisine est la cuisinière. Par exemple, les brûleurs des cuisinières électriques sont fabriqués en métal pour assurer un bon transfert de chaleur du serpentin chaud de l'élément chauffant à la casserole ou à la poêle.

Les gens utilisent des matériaux à faible conductivité thermique entre leurs mains et leurs ustensiles pour éviter de se brûler. Les poignées de nombreuses casseroles sont en plastique et les plaques à pâtisserie sont retirées du four à l'aide de gants de cuisine en tissu ou en plastique à faible conductivité thermique. Le cuivre a une bonne conductivité thermique et est utilisé dans les fers à souder.

Bilan des observations du phénomène en question dans la nature : la neige protège les cultures d'hiver du gel ; l'air, la glace, la neige, la graisse sont de mauvais conducteurs de chaleur, ce qui sauve la vie de nombreux animaux vivant dans les forêts et les milieux aquatiques (le tétras dort en hiver la tête enfouie dans la neige). En hiver, les réservoirs sont recouverts de glace, ce qui empêche le gel supplémentaire et de nombreux représentants de la faune aquatique survivent.

La présence de faits intéressants sur le phénomène en question :

• Jean Baptiste Joseph Fourier a introduit le concept de « conductivité thermique ».
• L'affaissement des fondations pose de grandes difficultés aux constructeurs de bâtiments, en particulier dans les régions où règne le pergélisol. Les maisons se fissurent souvent à cause du dégel du sol situé en dessous et les fondations transfèrent une certaine quantité de chaleur au sol. Par conséquent, les bâtiments ont commencé à être construits sur pilotis. Dans ce cas, la chaleur est transférée uniquement par conductivité thermique de la fondation au pieu et plus loin du pieu au sol. De quoi doivent être constitués les pieux ? Il s'avère que les pieux constitués d'un matériau solide et durable doivent être remplis de kérosène à l'intérieur. En été, le tas conduit mal la chaleur de haut en bas, car le liquide a une faible conductivité thermique. En hiver, le tas, du fait de la convection du liquide à l'intérieur, va au contraire contribuer à un refroidissement supplémentaire du sol. Un tel projet a effectivement été développé et testé !
• Des scientifiques italiens ont inventé une chemise qui permet de maintenir une température corporelle constante. Les scientifiques promettent qu’il ne fera pas chaud en été et froid en hiver, car il est fabriqué à partir de matériaux spéciaux. Des matériaux similaires sont déjà utilisés dans les vols spatiaux.
• Dans les anciennes mitrailleuses Maxim, le chauffage de l'eau empêchait l'arme de fondre.
• Le phénomène décrit ci-dessous démontre la propriété des métaux à bien conduire la chaleur.

Si vous faites un treillis à partir de fil, en assurant une bonne connexion métallique aux endroits où les fils se croisent, et que vous le placez au-dessus d'un brûleur à gaz, alors avec la vanne ouverte, vous pouvez enflammer le gaz au-dessus du treillis, alors qu'il ne brûlera pas sous le maillage. Et si vous allumez le gaz sous le grillage, alors le feu « ne coulera pas à travers le grillage » !

À l'époque où il n'y avait pas d'ampoules électriques pour les mineurs, on utilisait une lampe Davy.

C'était une bougie « plantée » dans une cage métallique. Et même si la mine était remplie de gaz inflammables, la lampe Davy était sûre et n'a pas provoqué d'explosion - la flamme ne dépassait pas la lampe, grâce au treillis métallique.

Objectifs de la leçon:

Pédagogique : consolider les connaissances des élèves sur un sujet donné, leur apprendre à comprendre et décrire le comportement des molécules d'une substance dans différents états d'agrégation, expliquer l'importance du processus de diffusion dans la nature et la vie humaine.

Pédagogique : continuer à développer la capacité des élèves à penser scientifiquement.

Pédagogique : inculquer aux étudiants la capacité de comparer les phénomènes observés dans la nature avec les connaissances acquises sur diverses lois physiques.

Mots clés:

État de la matière est un état de la matière qui peut être caractérisé par un ensemble de certaines propriétés (par exemple, préservation ou incapacité à conserver le volume, la forme, etc.).

La diffusion

Le concept de l'état d'agrégation de la matière.

Le monde qui nous entoure est complexe et changeant. En même temps, nous pouvons constater que la diversité illimitée du monde n’est finalement pas si illimitée. Nous voyons souvent les mêmes substances dans des états différents.

L’exemple le plus simple par lequel je peux prouver la véracité de mes propos est l’eau. Il est plus facile de le voir dans différents états : c'est de la vapeur ou du brouillard, c'est de la glace ou de la neige, c'est du liquide qui coule du robinet de la cuisine. Quelles que soient les caractéristiques de l’eau sous une forme ou une autre, elle reste toujours de l’eau – sa composition ne change pas. Ce sont les mêmes 2 molécules d’hydrogène et 1 molécule d’oxygène.

Si l’on continue à utiliser l’exemple que nous avons pris, nous pouvons constater que ces 3 états de l’eau dépendent de certaines conditions extérieures. Ainsi, l'eau gèle à 0 degré et se transforme en glace, et l'eau bout à 100 degrés et se transforme en vapeur. Cette photo montre clairement les 3 états de l'eau :

Riz. 1 : 3 états physiques de l’eau

Alors, quelles conclusions pouvons-nous tirer après avoir soigneusement réfléchi à l’exemple que nous avons donné ? Ils seront comme ceci :

L'état d'agrégation d'une substance est un état d'une substance qui peut être caractérisé par un ensemble de certaines propriétés (par exemple, préservation ou incapacité à conserver le volume, la forme, etc.) dans certaines conditions.

Non seulement l’eau peut être dans trois états d’agrégation : solide, liquide et gazeux. Ceci est inhérent à toutes les substances.

Parfois, aux trois états d’agrégation ci-dessus, un quatrième s’ajoute : le plasma. Vous pouvez avoir une idée de ce à quoi ressemble le plasma à partir de la figure suivante :

Riz. 2 : lampe plasma

mais vous en apprendrez davantage sur le plasma dans les cours de physique et de chimie au lycée.

Processus de diffusion

Comme nous l’avons tous déjà appris, toutes les substances sont constituées de minuscules particules – ions, atomes, molécules – qui sont en mouvement constant. C'est ce mouvement qui provoque le processus de diffusion.

La diffusion est un processus impliquant la pénétration mutuelle de molécules de substances dans les espaces entre les molécules d'autres substances.

Examinons de plus près la diffusion dans différents états d'agrégation.

Diffusion dans les gaz

Donnons ensemble des exemples du processus de diffusion dans les gaz. Les variantes de manifestation de ce phénomène peuvent être les suivantes :

Répandre le parfum des fleurs ;

Larmes en coupant des oignons ;

Un sillage de parfum qui se ressent dans l'air.

Les espaces entre les particules dans l'air sont assez grands, les particules se déplacent de manière chaotique, de sorte que la diffusion des substances gazeuses se produit assez rapidement.

Regardons une vidéo démontrant ce processus :

Diffusion dans les liquides.

Les particules de substances dans les liquides, et ce sont le plus souvent des ions de substances, interagissent assez fortement les unes avec les autres. Dans le même temps, la distance entre les ions est assez grande, ce qui permet aux particules de se mélanger facilement.

L'image vidéo suivante montre comment le processus de diffusion se produit dans les liquides. Les particules de peinture tombant à la surface de l'eau se diffusent facilement, c'est-à-dire pénètrent dans l'eau.

Riz. 3 : Les particules de peinture se répandent dans l’eau.

Vous pouvez observer le même processus, mais en dynamique, dans la vidéo en prenant l'exemple de la dissolution des cristaux de permanganate de potassium :

Diffusion dans les solides.

Les solides peuvent avoir différentes structures et être constitués de molécules, d'atomes ou d'ions. Dans tous les cas, quelles que soient les microparticules qui composent le corps, l'interaction de ces particules entre elles est très forte. Malgré le fait qu'elles, ces particules, bougent encore, ces mouvements sont très insignifiants. Les espaces entre les particules sont petits, ce qui rend difficile la pénétration d'autres substances entre elles. Le processus de diffusion dans les solides est très lent et invisible à l'œil nu.

Regardons une vidéo à ce sujet :

Après avoir pris connaissance des particularités du processus de diffusion dans différents états d'agrégation, nous avons vu que le processus n'est pas aussi rapide. De quoi dépend le taux de diffusion ? Nous avons déjà une réponse à cette question : la vitesse du processus de diffusion dépend de l'état d'agrégation de la substance.

Vous et moi savons également que les particules de substances commencent à se déplacer plus rapidement avec l'augmentation de la température. Cela signifie-t-il que le processus de diffusion s’accélère également avec l’augmentation de la température ? La réponse est évidente. Pour confirmer, regardons la vidéo :

L'intensité de la diffusion d'une substance dans une autre dépend également de la concentration de ces substances et d'influences extérieures (par exemple, si vous déposez simplement une solution d'iode dans l'eau et si vous la mélangez également, la vitesse à laquelle la solution acquiert une couleur uniforme sera différente).

conclusions

1. L'état d'agrégation d'une substance est un état d'une substance qui peut être caractérisé par un ensemble de certaines propriétés (par exemple, préservation ou incapacité à conserver le volume, la forme, etc.) dans certaines conditions. Non seulement l’eau peut être dans trois états d’agrégation : solide, liquide et gazeux. Ceci est inhérent à toutes les substances.

2. La diffusion est un processus consistant en la pénétration mutuelle de molécules de substances dans les espaces entre les molécules d'autres substances.

3. Le taux de diffusion dépend de : la température, la concentration, les influences externes et l'état d'agrégation de la substance.

Il est difficile de surestimer le processus de diffusion dans la vie humaine. Par exemple, la pénétration de l'oxygène à travers la paroi la plus fine des alvéoles dans les capillaires des poumons se produit précisément par diffusion. Les parois des alvéoles sont très fines ; d'un point de vue physique, la paroi alvéolaire est une membrane semi-perméable. La concentration d'oxygène dans l'air atmosphérique est bien supérieure à sa concentration et au sang capillaire, c'est pourquoi l'oxygène pénètre à travers la membrane semi-perméable - là où il y en a moins. Grâce à la diffusion nous respirons.

Ce processus assure également en partie la pénétration des nutriments du système digestif dans le sang et l'effet de nombreux médicaments.

La figure montre schématiquement comment les nutriments sont absorbés dans l'intestin humain.

Riz. 4 : intestin grêle d'un mammifère

Bibliographie

Leçon sur le thème : « Diffusion dans les gaz, liquides, solides », auteur Selezneva A.M., Établissement d'enseignement municipal, école secondaire n° 7, Boyarka, région de Kiev.

Peryshkin A.V. « Physique 7e année », Moscou, Outarde, 2006

Rodina N.A., Gromov S.V., « Physique », M., Mir, 2002

Edité et envoyé par Borisenko I.N..

Travaillé sur la leçon :

Absolument tout le monde a entendu parler d'un concept tel que la diffusion. C'était l'un des sujets des cours de physique en 7e année. Malgré le fait que ce phénomène nous entoure absolument partout, peu de gens le savent. Qu'est-ce que cela veut dire de toute façon? Qu'est-ce que c'est signification physique, et comment pouvez-vous rendre la vie plus facile avec son aide ? Aujourd'hui, nous allons en parler.

En contact avec

Diffusion en physique : définition

C'est le processus de pénétration des molécules d'une substance entre les molécules d'une autre substance. En termes simples, ce processus peut être appelé mélange. Pendant Ça le mélange se produit la pénétration mutuelle des molécules d'une substance entre elles. Par exemple, lors de la préparation du café, les molécules de café instantané pénètrent dans les molécules d’eau et vice versa.

La vitesse de ce processus physique dépend des facteurs suivants :

1. Température.
2. État global d'une substance.
3. Influence externe.

Plus la température d’une substance est élevée, plus les molécules se déplacent rapidement. Ainsi, processus de mélange se produit plus rapidement à des températures élevées.

État global de la matière - facteur le plus important. Dans chaque état d’agrégation, les molécules se déplacent à une certaine vitesse.

La diffusion peut se produire dans les états d’agrégation suivants :

1. Liquide.
2. Solide.

Très probablement, le lecteur se posera désormais les questions suivantes :

1. Quelles sont les causes de la diffusion ?
2. Où est-ce que ça arrive plus vite ?
3. Comment est-il appliqué dans la vraie vie ?

Les réponses à ces questions se trouvent ci-dessous.

Causes

Absolument tout dans ce monde a sa propre raison. ET la diffusion ne fait pas exception. Les physiciens comprennent parfaitement les raisons de son apparition. Comment pouvons-nous les transmettre à la personne moyenne ?

Tout le monde a sûrement entendu dire que les molécules sont en mouvement constant. De plus, ce mouvement est désordonné et chaotique, et sa vitesse est très élevée. Grâce à ce mouvement et à cette collision constante des molécules, leur pénétration mutuelle se produit.

Existe-t-il des preuves de ce mouvement ? Certainement! Vous souvenez-vous de la rapidité avec laquelle vous avez commencé à sentir du parfum ou du déodorant ? Et l’odeur de la nourriture que votre mère prépare dans la cuisine ? Rappelez-vous à quelle vitesse préparer du thé ou du café. Tout cela n’aurait pas pu se produire sans le mouvement des molécules. Nous concluons que la principale raison de la diffusion est le mouvement constant des molécules.

Il ne reste plus qu’une seule question : quelle est la cause de ce mouvement ? Elle est motivée par le désir d’équilibre. Autrement dit, dans une substance, il existe des zones présentant des concentrations élevées et faibles de ces particules. Et grâce à cette envie, ils passent constamment d’une zone de forte concentration à une zone de faible concentration. Ils sont constamment se heurtent les uns aux autres, et une pénétration mutuelle se produit.

Diffusion dans les gaz

Le processus de mélange des particules dans les gaz est le plus rapide. Cela peut se produire aussi bien entre des gaz homogènes qu’entre des gaz de concentrations différentes.

Exemples frappants de la vie :

1. Vous sentez le désodorisant par diffusion.
2. Vous sentez la nourriture en train de cuire. Notez que vous commencez à le sentir immédiatement, mais l'odeur du désodorisant après quelques secondes. Cela s'explique par le fait qu'à haute température, la vitesse de déplacement des molécules est plus grande.
3. Les larmes que l’on reçoit en coupant des oignons. Les molécules d'oignon se mélangent aux molécules d'air et vos yeux réagissent à cela.

Comment se produit la diffusion dans les liquides ?

La diffusion dans les liquides est plus lente. Cela peut durer de quelques minutes à plusieurs heures.

Les exemples les plus frappants de la vie :

1. Faire du thé ou du café.
2. Mélanger l'eau et le permanganate de potassium.
3. Préparer une solution de sel ou de soude.

Dans ces cas, la diffusion se produit très rapidement (jusqu'à 10 minutes). Cependant, si une influence externe est appliquée au processus, par exemple en remuant ces solutions avec une cuillère, le processus ira beaucoup plus vite et ne prendra pas plus d'une minute.

La diffusion lors du mélange de liquides plus épais prendra beaucoup plus de temps. Par exemple, mélanger deux métaux liquides peut prendre plusieurs heures. Bien sûr, vous pouvez le faire en quelques minutes, mais dans ce cas, cela fonctionnera alliage de mauvaise qualité.

Par exemple, la diffusion lors du mélange de mayonnaise et de crème sure prendra très longtemps. Cependant, si vous recourez à l'aide d'une influence extérieure, ce processus ne prendra même pas une minute.

Diffusion dans les solides : exemples

Dans les solides, la pénétration mutuelle des particules se produit très lentement. Ce processus peut prendre plusieurs années. Sa durée dépend de la composition de la substance et de la structure de son réseau cristallin.

Expériences prouvant que la diffusion dans les solides existe.

1. Adhésion de deux plaques de métaux différents. Si vous maintenez ces deux plaques proches l’une de l’autre et sous pression, il y aura d’ici cinq ans une couche de 1 millimètre de large entre elles. Cette petite couche contiendra des molécules des deux métaux. Ces deux plaques seront fusionnées.
2. Une très fine couche d’or est appliquée sur un mince cylindre de plomb. Après quoi cette structure est placée dans une étuve pendant 10 jours. La température de l'air dans le four est de 200 degrés Celsius. Après que ce cylindre ait été découpé en disques minces, il était très clairement visible que le plomb avait pénétré dans l'or et vice versa.

Exemples de diffusion dans l'environnement

Comme vous l'avez déjà compris, plus le milieu est dur, plus le taux de mélange des molécules est faible. Parlons maintenant de l'endroit où, dans la vraie vie, vous pouvez tirer des avantages pratiques de ce phénomène physique.

Le processus de diffusion se produit constamment dans nos vies. Même lorsque nous sommes allongés sur le lit, une très fine couche de notre peau reste à la surface du drap. Il absorbe également la sueur. C'est à cause de cela que le lit devient sale et doit être changé.

Ainsi, la manifestation de ce processus dans la vie quotidienne peut être la suivante :

1. Lorsque vous étalez du beurre sur du pain, il y est absorbé.
2. Lors du décapage des concombres, le sel se diffuse d'abord avec l'eau, après quoi l'eau salée commence à se diffuser avec les concombres. En conséquence, nous obtenons une délicieuse collation. Les banques doivent être regroupées. Ceci est nécessaire pour garantir que l'eau ne s'évapore pas. Plus précisément, les molécules d’eau ne doivent pas diffuser avec les molécules d’air.
3. Lors du lavage de la vaisselle, les molécules d’eau et de détergent pénètrent dans les molécules des morceaux d’aliments restants. Cela les aide à sortir de l’assiette et à la rendre plus propre.

Manifestation de diffusion dans la nature :

1. Le processus de fécondation se produit précisément en raison de ce phénomène physique. Les molécules de l’ovule et du sperme se diffusent, après quoi l’embryon apparaît.
2. Fertilisation du sol. En utilisant certains produits chimiques ou du compost, le sol devient plus fertile. Pourquoi cela arrive-t-il? L’idée est que les molécules d’engrais diffusent avec les molécules du sol. Après quoi se produit le processus de diffusion entre les molécules du sol et la racine de la plante. Grâce à cela, la saison sera plus productive.
3. Le mélange des déchets industriels avec l’air le pollue grandement. De ce fait, l’air dans un rayon d’un kilomètre devient très sale. Ses molécules diffusent avec des molécules d'air pur provenant des zones voisines. C'est ainsi que la situation environnementale de la ville se détériore.

Manifestation de ce processus dans l'industrie :

1. La Siliconisation est le processus de saturation par diffusion en silicium. Elle est réalisée sous atmosphère gazeuse. La couche de la pièce saturée de silicium n'a pas une dureté très élevée, mais présente une résistance élevée à la corrosion et une résistance accrue à l'usure dans l'eau de mer, les acides nitrique, chlorhydrique et sulfurique.
2. La diffusion dans les métaux joue un rôle important dans la fabrication des alliages. Pour obtenir un alliage de haute qualité, il est nécessaire de produire des alliages à haute température et sous influences extérieures. Cela accélérera considérablement le processus de diffusion.

Ces processus se produisent dans diverses industries :

1. Électronique.
2. Semi-conducteur.
3. Génie mécanique.

Comme vous le comprenez, le processus de diffusion peut avoir des effets à la fois positifs et négatifs sur nos vies. Vous devez être capable de gérer votre vie et de maximiser les avantages de ce phénomène physique, tout en minimisant les dommages.

Vous connaissez maintenant l'essence d'un phénomène physique tel que la diffusion. Elle consiste en la pénétration mutuelle des particules du fait de leur mouvement. Et dans la vie absolument tout bouge. Si vous êtes étudiant, après avoir lu notre article, vous recevrez certainement une note de 5. Bonne chance à vous !