§5. Рух і взаємодія частинок речовини

ГДЗ Фізика 7 клас Бар’яхтар

Наведіть приклади застосування дифузії в житті людини, техніці. Доведіть, що зі збільшенням температури дифузія відбувається швидше.

Приклади застосування дифузії:

У природі: проникнення кисню з повітря в кров через легені, поглинання вуглекислого газу листям рослин, поширення запахів.
У житті людини: заварювання чаю, приготування їжі (наприклад, маринування), фарбування тканин.
У техніці: очищення води та інших рідин, виготовлення сплавів, нанесення покриттів.

Зі збільшенням температури зростає інтенсивність теплового руху молекул. Молекули починають рухатися швидше і частіше стикаються одна з одною. Це призводить до збільшення кількості зіткнень між молекулами різних речовин, що контактують, і, як наслідок, до пришвидшення процесу дифузії. Наприклад, цукор розчиняється швидше в гарячій воді, ніж у холодній, оскільки при вищій температурі дифузія відбувається інтенсивніше.

Спробуйте тепер самостійно відповісти, чому більші частинки втопчуться» на місці? Чому зі збільшенням температури рідини швидкість руху броунівської частинки збільшується?

Більші частинки “топчуться” на місці через те, що вони зазнають більшої кількості зіткнень з молекулами рідини або газу з різних боків. Оскільки ці зіткнення відбуваються хаотично, вони в середньому компенсують одне одного, і частинка залишається приблизно на тому ж місці. Чим більша частинка, тим більше зіткнень вона зазнає і тим менше зміщується в якомусь певному напрямку.

Зі збільшенням температури рідини швидкість руху броунівської частинки збільшується тому, що при вищій температурі молекули рідини рухаються швидше. Вони частіше і сильніше стикаються з броунівською частинкою, передаючи їй більший імпульс. Це призводить до того, що броунівська частинка починає рухатися швидше і інтенсивніше. Таким чином, інтенсивність броунівського руху прямо залежить від температури середовища: чим вища температура, тим швидше рухаються молекули рідини і тим енергійніше вони штовхають броунівську частинку.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Гіпотеза щодо причин різної “поведінки” клаптиків фольги

Клаптик фольги на змоченій тарілці буде рухатися з більшим опором порівняно з клаптиком на сухій тарілці. Це відбувається через силу поверхневого натягу води, яка створює додаткове зчеплення між фольгою та поверхнею тарілки.

Пояснення явища

Вода утворює тонку плівку між фольгою та тарілкою, що призводить до виникнення капілярних сил. Ці сили збільшують адгезію (прилипання) фольги до поверхні тарілки, створюючи більший опір руху. На сухій тарілці такого ефекту немає, тому фольга рухається легше.

Подібні явища в повсякденному житті

Це явище можна спостерігати в багатьох ситуаціях:

Коли ви намагаєтеся підняти мокрий папір з гладкої поверхні - він “прилипає” сильніше, ніж сухий.
Під час миття посуду - мокрі тарілки можуть “прилипати” одна до одної.
При ходінні по мокрій гладкій поверхні - збільшується тертя між взуттям та підлогою.

Цей експеримент демонструє важливість розуміння сил адгезії та поверхневого натягу в повсякденному житті та різних технологічних процесах.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Результати та гіпотеза

Спостереження:

Ні монету неможливо стиснути пальцями. Пластикову пляшку, заповнену водою, також буде дуже складно або неможливо стиснути.

Гіпотеза:

Тверді тіла (метал монети) та рідини закриті в певному просторі (вода) мають дуже низьку стисливість, що пояснює неможливість їх стиснення.

Пояснення явища

Тверді тіла: Мають жорстку кристалічну структуру з сильними міжмолекулярними зв’язками, що чинить опір зміні об’єму.
Рідини: Молекули щільно упаковані та мають сильні міжмолекулярні взаємодії, роблячи їх практично нестисливими.
Пляшка з водою: Спроба стиснути пляшку - це спроба зменшити об’єм нестисливої води без простору для її переміщення.

Практичне застосування

Розуміння цього явища важливе в інженерії (гідравлічні системи), будівництві (розрахунок навантажень) та медицині (кровоносна система). Цей експеримент демонструє фундаментальні властивості матерії, що широко застосовуються в науці та техніці.

А ЯК НАСПРАВДІ?

Блогер у своєму репортажі пояснював слухачам, що із двох уламків лінійки неможливо без сторонніх засобів отримати у єдине ціле, оскільки між молекулами лінійки діють сили відштовхування. Чи поділяєте ви думку блогера?

Неможливість з’єднати уламки лінійки без сторонніх засобів пов’язана не з силою відштовхування.

Дві дерев’яні лінійки при контакті не злипаються, оскільки в них шорстка, нерівна поверхня - між поверхнями дуже багато проміжків, і сили міжмолекулярної взаємодії себе не проявляють.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Сформулюйте основні положення МКТ.

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії (МКТ):

Усі речовини складаються із частинок - молекул, атомів, йонів; між частинками є проміжки.
Частинки речовини перебувають у безперервному хаотичному (безладному) русі; такий рух називають тепловим.
Частинки речовини взаємодіють одна з одною (притягуються та відштовхуються).

2. Що таке дифузія? Наведіть приклади проявів дифузії.

Дифузія - це процес самовільного проникнення молекул однієї речовини в проміжки між молекулами іншої речовини, внаслідок чого відбувається перемішування дотичних речовин. Приклади проявів дифузії: змішування води й розчину мідного купоросу, поширення запахів у повітрі, розчинення цукру в чаї тощо.

3. Який рух називають тепловим?

Безперервний хаотичний рух частинок речовини називають тепловим рухом.

4. Що таке броунівський рух? Чому він виникає?

Броунівський рух — це хаотичний, невпорядкований рух дрібних частинок, які зависли в рідині або газі.

Причиною броунівського руху є безперервний хаотичний рух молекул середовища (рідини або газу). Рухаючись, молекули середовища постійно штовхають завислі в ньому броунівські частинки в різних напрямках, що призводить до їх хаотичного руху.

5. Як можна довести, що між частинками речовини існують проміжки?

Якщо змішати 100 мл води та 100 мл спирту, об’єм буде меншим, ніж 200 мл! Річ у тім, що між молекулами (атомами, йонами) існують проміжки, і в ході змішування двох рідин молекули води потрапляють у проміжки між молекулами спирту, тому загальний об’єм суміші стає меншим, ніж сума об’ємів води та спирту.

6. Чому тверді тіла та рідини не розпадаються на окремі частинки?

Тверді тіла та рідини не розпадаються на окремі частинки завдяки силам міжмолекулярного притягання, які утримують молекули разом.

7. За якої умови взаємодія між частинками речовини стає помітною?

Взаємодія між частинками речовини стає помітною на дуже малих відстанях, порівнянних з розмірами самих молекул. На більших відстанях сили притягання і відштовхування між молекулами майже не проявляються.

ВПРАВА № 5

З’ясовано, що через стінки капілярів в організмі людини переміщується 60 л рідини за хвилину. Завдяки якому фізичному явищу це відбувається?

Переміщення 60 л рідини за хвилину через стінки капілярів в організмі людини відбувається завдяки явищу дифузії.

Дифузія - це процес самовільного проникнення молекул однієї речовини в проміжки між молекулами іншої речовини, внаслідок чого відбувається перемішування дотичних речовин. Саме завдяки дифузії через стінки капілярів проходить обмін речовин між кров’ю і тканинами.

1. У чому подібність і в чому відмінність холодної та гарячої води з погляду молекулярно-кінетичної теорії?

Подібність:

І холодна, і гаряча вода складаються з однакових молекул H₂O та мають водневі зв’язки.

Відмінність:

Кінетична енергія: У гарячій воді молекули рухаються швидше через вищу кінетичну енергію.
Температура: Гаряча вода має вищу температуру.
Відстань між молекулами: У гарячій воді відстань більша через підвищену енергію.

2. Є два способи підживлення рослин: поливання спеціальними розчинами (прикореневе підживлення); обприскування (позакореневе підживлення). Поясніть обидва способи.

Обидва способи підживлення рослин - поливання спеціальними розчинами (прикореневе підживлення) і обприскування (позакореневе підживлення) - базуються на явищі дифузії:

При прикореневому підживленні розчин поживних речовин проникає в ґрунт і завдяки дифузії всмоктується коренями рослин.
При позакореневому підживленні краплини розчину потрапляють на листя. Поживні речовини проникають всередину листків також завдяки дифузії через продихи та інші отвори.

3. Чому для того, щоб розірвати нитку, потрібно докласти зусиль?

Щоб розірвати нитку, потрібно докласти зусиль, оскільки між молекулами нитки діють сили міжмолекулярного притягання. Саме завдяки цим силам тверді тіла, в тому числі нитка, зберігають свою форму і не розпадаються на окремі молекули. Щоб розірвати нитку, потрібно подолати сили притягання між її молекулами.

4. Наведіть три аргументи щодо необхідності вивчення дифузії.

Ось три простих аргументи щодо необхідності вивчення дифузії:

Розуміння природних процесів: Дифузія пояснює багато явищ у природі, наприклад, як запахи поширюються у повітрі або як кисень потрапляє з легень у кров.
Практичне застосування в техніці: Знання про дифузію використовуються у багатьох технологічних процесах.
Важливість для живих організмів: Дифузія відіграє ключову роль у життєдіяльності клітин, забезпечуючи обмін речовин та енергії. Розуміння цього процесу важливе для біології та медицини.

Ознайомтеся з додатковим матеріалом. Висловіть свою думку щодо “зміни уявлень”.

Додатковий матеріал показує, що явище дифузії, яке, на перший погляд, може здаватися простим і не дуже значущим, насправді має велике значення і може призвести до зміни наших уявлень про світ.

Автор тексту пояснює, що дифузія - це не просто хаотичний рух молекул, а процес, який може мати певну спрямованість і призводити до важливих наслідків. Використовуючи аналогію з натовпом перед стадіоном, автор показує, що в хаотичному русі може бути присутня організована складова, яка забезпечує переміщення частинок (або людей) з одного місця в інше.

Ця ідея “перекачування” частинок без зовнішніх зусиль, яка базується на явищі дифузії, виявляється дуже корисною в природі. Автор наводить приклад забезпечення людини киснем, коли кисень з повітря потрапляє в кров через легені саме завдяки дифузії.

Таким чином, додатковий матеріал показує, що глибше розуміння, здавалося б, простого явища дифузії може призвести до зміни наших уявлень про те, як функціонують живі організми і як відбуваються важливі процеси в природі. Це спонукає нас не недооцінювати значення “простих” явищ і намагатися зрозуміти їх глибше, щоб побачити їх справжню роль у світі.

Отже, я вважаю, що додатковий матеріал добре ілюструє ідею “зміни уявлень” - коли поглиблене вивчення явища, яке здається простим і не дуже важливим, розкриває його справжнє значення і змушує нас по-новому подивитися на світ навколо нас.