| Диффузия в жидкостях. Методические материалы |  |  |  |  |

Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (углубленного уровня).

Компьютерная программа моделирует явление диффузии в жидкости.

Краткая теория

Диффузией называется самопроизвольное перемешивание двух или нескольких соприкасающихся веществ друг в друга. Наиболее быстро процесс протекает в газе, если он неоднороден по составу. Диффузия приводит к образованию однородной смеси независимо от плотности компонентов. Так, если в двух частях сосуда, разделенных перегородкой, находятся кислород O2 и водород H2, то после удаления перегородки начинается процесс взаимопроникновения газов друг в друга, приводящий к образованию взрывоопасной смеси – гремучего газа. Этот процесс идет и в том случае, когда легкий газ (водород) находится в верхней половине сосуда, а более тяжелый (вислород) – в нижней.

Значительно медленнее протекают подобные процессы в жидкостях. Взаимопроникновение двух разнородных жидкостей друг в друга, растворение твердых веществ в жидкостях (например, сахара в воде) и образование однородных растворов – примеры диффузионных процессов в жидкостях.

В реальных условиях диффузия в жидкостях и газах маскируется более быстрыми процессами перемешивания, например, из-за возникновения конвекционных потоков.

Наиболее медленно процесс диффузии протекает в твердых телах. Однако, опыты показывают, что при контакте хорошо очищенных поверхностей двух металлов через длительное время (несколько лет) в каждом из них обнаруживается атомы другого металла.

Диффузия и броуновское движение – родственные явления. Взаимопроникновение соприкасающихся веществ друг в друга и беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходят вследствие хаотичного теплового движения молекул.

Броуновское движение частиц описывается уравнением Эйнштейна – Смолуховского:

,

где – средний квадрат смещения частицы вдоль любой оси за время t, D – коэффициент диффузии.

В случае если движение частицы не случайно и имеет определённое направление, зависимость меняется:

.

Работа с моделью

Пользователь имеет возможность изменять коэффициент диффузии, наблюдать за процессом, в информационном окне выводятся значения времени диффузии и среднего смещения частиц вдоль трубки.

Рекомендации по применению модели

Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 7 классе по теме «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Скорость движения молекул и температура».

Пример планирования урока с использованием модели
Тема «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Скорость движения молекул и температура»

Цель урока: рассмотреть диффузию в газах, жидкостях и твердых телах, определить от чего зависит скорость протекания диффузии.

№ п/п | Этапы урока | Время, мин | Приемы и методы
1 | Организационный момент | 2 |
2 | Анализ лабораторной работы «Определение размеров малых тел» | 10 | Фронтальная работа
3 | Объяснение нового материала по теме «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. Скорость движения молекул и температура» | 20 | Объяснение нового материала с использованием компьютерной модели «Диффузия в жидкости»
4 | Решение качественных задач | 10 | Фронтальная работа
5 | Объяснение домашнего задания | 3 |

Таблица 1.