О таком понятии, как диффузия, слышали абсолютно все люди. Это было одной из тем на уроках физики в 7 классе. Несмотря на то что это явление окружает нас абсолютно везде, мало кто знает о нём. Что же оно всё-таки означает? В чём заключается его физический смысл , и как можно облегчить жизнь с её помощью? Сегодня мы с вами об этом и поговорим.
Вконтакте
Диффузия в физике: определение
Это - процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества. Говоря простым языком, этот процесс можно назвать смешиванием. Во время этого смешивания происходит взаимное проникновение молекул вещества друг между другом
. Например, при приготовлении кофе молекулы растворимого кофе проникают в молекулы воды и наоборот.
Скорость этого физического процесса зависит от следующих факторов:
- Температура.
- Агрегатное состояние вещества.
- Внешнее воздействие.
Чем выше температура вещества, тем быстрее движутся молекулы. Следовательно, процесс смешивания
происходит быстрее при высоких температурах.
Агрегатное состояние вещества - важнейший фактор . В каждом агрегатном состоянии молекулы движутся с определённой скоростью.
Диффузия может протекать в следующих агрегатных состояниях:
- Жидкость.
- Твёрдое тело.
Скорее всего, у читателя сейчас возникнут следующие вопросы:
- Каковы причины возникновения диффузии?
- Где она протекает быстрее?
- Как она применяется в реальной жизни?
Ответы на них можно узнать ниже.
Причины возникновения
Абсолютно у всего в этом мире есть своя причина. И диффузия не является исключением . Физики прекрасно понимают причины её возникновения. А как донести их до обычного человека?
Наверняка каждый слышал о том, что молекулы находятся в постоянном движении. Причём это движение является беспорядочным и хаотичным, а его скорость очень большая. Благодаря этому движению и постоянному столкновению молекул происходит их взаимное проникновение.
Есть ли какие-то доказательства этого движения? Конечно! Вспомните, как быстро вы начинали чувствовать запах духов или дезодоранта? А запах еды, которую готовит ваша мама на кухне? Вспомните, как быстро готовится чай или кофе . Всего этого не могло быть, если бы не движение молекул. Делаем вывод - основная причина диффузии заключается в постоянном движении молекул.
Теперь остаётся только один вопрос - чем же обусловлено это движение? Оно обусловлено стремлением к равновесию. То есть, в веществе есть области с высокой и низкой концентрацией этих частиц. И благодаря этому стремлению они постоянно движутся из области с высокой концентрацией в низкоконцентрированную. Они постоянно сталкиваются друг с другом , и происходит взаимное проникновение.
Диффузия в газах
Процесс смешивания частиц в газах самый быстрый. Он может происходить как между однородными газами, так и между газами с разной концентрацией.
Яркие примеры из жизни:
- Вы чувствуете запах освежителя воздуха благодаря диффузии.
- Вы чувствуете запах приготовленной пищи. Заметьте, его вы начинаете чувствовать сразу, а запах освежителя через несколько секунд. Это объясняется тем, что при высокой температуре скорость движения молекул больше.
- Слезы, возникающие у вас при нарезании лука. Молекулы лука смешиваются с молекулами воздуха, и ваши глаза на это реагируют.
Как протекает диффузия в жидкостях
Диффузия в жидкостях протекает медленнее. Она может длиться от нескольких минут до нескольких часов.
Самый яркие примеры из жизни:
- Приготовление чая или кофе.
- Смешивание воды и марганцовки.
- Приготовление раствора соли или соды.
В этих случаях диффузия протекает очень быстро (до 10 минут). Однако если к процессу будет приложено внешнее воздействие, например, размешивание этих растворов ложкой, то процесс пойдёт гораздо быстрее и займёт не более одной минуты.
Диффузия при смешивании более густых жидкостей будет происходить гораздо дольше. Например, смешивание двух жидких металлов может занимать несколько часов. Конечно, можно сделать это за несколько минут, но в таком случае получится некачественный сплав .
Например, диффузия при смешивании майонеза и сметаны будет протекать очень долго. Однако, если прибегнуть к помощи внешнего воздействия, то этот процесс и минуты не займёт.
Диффузия в твёрдых телах: примеры
В твёрдых телах взаимное проникновение частиц протекает очень медленно. Этот процесс может занять несколько лет. Его длительность зависит от состава вещества и структуры его кристаллической решётки.
Опыты, доказывающие, что диффузия в твёрдых телах существует.
- Слипание двух пластин разных металлов. Если держать эти две пластины плотно друг к другу и под прессом, в течение пяти лети между ними будет слой, имеющий ширину 1 миллиметр. В этом небольшом слое будут находиться молекулы обоих металлов. Эти две пластины будут слиты воедино.
- На тонкий свинцовый цилиндр наносится очень тонкий слой золота. После чего эта конструкция помещается в печь на 10 дней. Температура воздуха в печи - 200 градусов Цельсия. После того как этот цилиндр разрезали на тонкие диски, было очень хорошо видно, что свинец проник в золото и наоборот.
Примеры диффузии в окружающем мире
Как вы уже поняли, чем тверже среда, тем меньше скорость смешивания молекул. Теперь давайте поговорим о том, где в реальной жизни можно получить практическую пользу от этого физического явления.
Процесс диффузии происходит в нашей жизни постоянно. Даже когда мы лежим на кровати, очень тонкий слой нашей кожи остаётся на поверхности простыни. А также в неё впитывается пот. Именно из-за этого постель становится грязной, и её необходимо менять.
Так, проявление этого процесса в быту может быть следующим:
- При намазывании масла на хлеб оно в него впитывается.
- При засолке огурцов соль сначала диффундирует с водой, после чего солёная вода начинает диффундировать с огурцами. В результате чего мы получаем вкуснейшую закуску. Банки необходимо закатывать. Это нужно для того, чтобы вода не испарялась. А точнее, молекулы воды не должны диффундировать с молекулами воздуха.
- При мытье посуды молекулы воды и чистящего средства проникают в молекулы оставшихся кусочков еды. Это помогает им отлипать от тарелки, и сделать её более чистой.
Проявление диффузии в природе:
- Процесс оплодотворения происходит именно благодаря этому физическому явлению. Молекулы яйцеклетки и сперматозоида диффундируют, после чего появляется зародыш.
- Удобрение почв. Благодаря использованию определённых химических средств или компоста почва становится более плодородной. Почему так происходит? Суть в том, что молекулы удобрения диффундируют с молекулами почвы. После чего процесс диффузии происходит между молекулами почвы и корня растения. Благодаря этому сезон будет более урожайным.
- Смешивание производственных отходов с воздухом сильно загрязняет его. Из-за этого в радиусе километра воздух становится очень грязным. Его молекулы диффундируют с молекулами чистого воздуха из соседних районов. Именно так ухудшается экологическая обстановка в городе.
Проявление этого процесса в промышленности:
- Силицирование - процесс диффузионного насыщения кремнием. Он проводится в газовой атмосфере. Насыщенный кремнием слой детали имеет не очень высокую твёрдость, но высокую коррозионную стойкость и повышенную износостойкость в морской воде, азотной, соляной в серной кислотах.
- Диффузия в металлах при изготовлении сплавов играет большую роль. Для получения качественного сплава необходимо производить сплавы при высоких температурах и с внешним воздействием. Это значительно ускорит процесс диффузии.
Эти процессы происходят в различных областях промышленности:
- Электронная.
- Полупроводниковая.
- Машиностроение.
Как вы поняли, процесс диффузии может оказывать на нашу жизнь как положительный, так и отрицательный эффект. Нужно уметь управлять своей жизнью и максимально использовать пользу от этого физического явления, а также минимизировать вред.
Теперь вы знаете, в чём сущность такого физического явления, как диффузия. Она заключается во взаимном проникновении частиц благодаря их движению. А в жизни движется абсолютно все. Если вы школьник, то после прочтения нашей статьи вы точно получите оценку 5. Успехов вам!
Диффузия
Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы .
Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи , однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность , вязкое трение и т. п.
Скорость протекания диффузии зависит от многих факторов. Так, в случае металлического стержня тепловая диффузия проходит очень быстро. Если же стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно. Диффузия молекул в общем случае протекает ещё медленнее. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом , то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет.
Количественно описание процессов диффузии было дано немецким физиологом А. Фиком (англ. ) в 1855 г.
Общее описание
Все виды диффузии подчиняются одинаковым законам. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения образца, а также разности концентраций , температур или зарядов (в случае относительно небольших величин этих параметров). Так, тепло будет в четыре раза быстрее распространяться через стержень диаметром в два сантиметра, чем через стержень диаметром в один сантиметр. Это тепло будет распространяться быстрее, если перепад температур на одном сантиметре будет 10 °C вместо 5 °C. Скорость диффузии пропорциональна также параметру, характеризующему конкретный материал. В случае тепловой диффузии этот параметр называется теплопроводность , в случае потока электрических зарядов - электропроводность . Количество вещества, которое диффундирует в течение определённого времени, и расстояние, проходимое диффундирующим веществом, пропорциональны квадратному корню времени диффузии.
Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. Скорость диффузии в связи с этим пропорциональна средней скорости молекул. В случае газов средняя скорость малых молекул больше, а именно она обратно пропорциональна квадратному корню из массы молекулы и растёт с повышением температуры. Диффузионные процессы в твёрдых телах при высоких температурах часто находят практическое применение. Например, в определённых типах электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) применяется металлический торий , продиффундировавший через металлический вольфрам при 2000 °C.
Если в смеси газов масса одной молекулы в четыре раза больше другой, то такая молекула передвигается в два раза медленнее по сравнению с её движением в чистом газе. Соответственно, скорость диффузии её также ниже. Эта разница в скорости диффузии лёгких и тяжёлых молекул применяется, чтобы разделять субстанции с различными молекулярными весами. В качестве примера можно привести разделение изотопов . Если газ, содержащий два изотопа, пропускать через пористую мембрану, более лёгкие изотопы проникают через мембрану быстрее, чем тяжёлые. Для лучшего разделения процесс производится в несколько этапов. Этот процесс широко применялся для разделения изотопов урана (отделение 235 U от основной массы 238 U). Поскольку такой способ разделения требует больших энергетических затрат, были развиты другие, более экономичные способы разделения. Например, широко развито применение термодиффузии в газовой среде. Газ, содержащий смесь изотопов, помещается в камеру, в которой поддерживается пространственный перепад (градиент) температур. При этом тяжёлые изотопы со временем концентрируются в холодной области.
Уравнения Фика
С точки зрения термодинамики движущим потенциалом любого выравнивающего процесса является рост энтропии . При постоянных давлении и температуре в роли такого потенциала выступает химический потенциал µ , обуславливающий поддержание потоков вещества. Поток частиц вещества пропорционален при этом градиенту потенциала
~В большинстве практических случаев вместо химического потенциала применяется концентрация C . Прямая замена µ на C становится некорректной в случае больших концентраций, так как химический потенциал перестаёт быть связан с концентрацией по логарифмическому закону. Если не рассматривать такие случаи, то вышеприведённую формулу можно заменить на следующую:
которая показывает, что плотность потока вещества J пропорциональна коэффициенту диффузии D [()] и градиенту концентрации. Это уравнение выражает первый закон Фика. Второй закон Фика связывает пространственное и временное изменения концентрации (уравнение диффузии):
Коэффициент диффузии D зависит от температуры. В ряде случаев в широком интервале температур эта зависимость представляет собой уравнение Аррениуса .
Дополнительное поле, наложенное параллельно градиенту химического потенциала, нарушает стационарное состояние. В этом случае диффузионные процессы описываются нелинейным уравнением Фоккера-Планка . Процессы диффузии имеют большое значение в природе:
- Питание, дыхание животных и растений;
- Проникновение кислорода из крови в ткани человека.
Геометрическое описание уравнения Фика
Во втором уравнении Фика в левой части стоит скорость изменения концентрации во времени, а в правой части уравнения - вторая частная производная, которая выражает пространственное распределение концентрации, в частности, выпуклость функции распределения температур, проецируемую на ось х.
См. также
- Поверхностная диффузия - процесс, связанный с перемещением частиц, происходящий на поверхности конденсированного тела в пределах первого поверхностного слоя атомов (молекул) или поверх этого слоя.
Примечания
Литература
- Бокштейн Б. С. Атомы блуждают по кристаллу. - М .: Наука, 1984. - 208 с. - (Библиотечка «Квант» . Вып. 28). - 150 000 экз.
Ссылки
- Диффузия (видеоурок, программа 7 класса)
- Диффузия примесных атомов на поверхности монокристалла
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Диффузия" в других словарях:
- [лат. diffusio распространение, растекание] физ., хим. проникновение молекул одного вещества (газа, жидкости, твердого тела) в другое при их непосредственном соприкосновении или через пористую перегородку. Словарь иностранных слов. Комлев Н.Г.,… … Словарь иностранных слов русского языка
Диффузия - – проникновение в среду частиц одного вещества частиц другого вещества, происхо дящее вследствие теплового движения в направлении уменьшения концентрации другого вещества. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Современная энциклопедия
- (от лат. diffusio распространение растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. В отсутствие… … Большой Энциклопедический словарь
ДИФФУЗИЯ, перемещение вещества в смеси из область с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, вызванное случайным перемещением отдельных атомов или молекул. Диффузия прекращается, когда исчезает градиент концентрации. Скорость… … Научно-технический энциклопедический словарь
диффузия - и, ж. diffusion f., нем. Diffusion <лат. diffusio растекание, распространение. Взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового движения молекул и атомов. Диффузия газов, жидкостей. БАС 2. || перен. Они… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Диффузия - (от латинского diffusio распространение, растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или установлению их равновесного распределения. Обычно диффузия определяется тепловым движением… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Перемещение частиц в направлении убывания их концентрации, обусловленное тепловым движением. Д. приводит к выравниванию концентраций диффундирующего вещества и равномерному заполнению частицами объема.… … Геологическая энциклопедия
В школьной программе в курсе физики (приблизительно в седьмом классе) школьники узнают, что диффузия - это процесс, который представляет собой взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого вещества, в результате чего происходит выравнивание концентраций во всем занимаемом объеме. Это достаточно сложное для понимания определение. Чтобы разобраться, что такое простая диффузия, закон диффузии, ее уравнение, необходимо подробно изучить материалы по этим вопросам. Однако если человеку достаточно общего представления, то приведенные ниже данные помогут получить элементарные знания.
Физическое явление - что это
В связи с тем, что многие люди путают или же вовсе не знают, что такое физическое явление и чем оно отличается от химического, а также к какому виду явлений относится диффузия, необходимо разобраться, что же такое физическое явление. Итак, как всем известно, физика является самостоятельной наукой, относящейся к области естествознания, которая занимается изучением общих природных законов о структуре и движении материи, а также изучает саму материю. Соответственно, физическое явление - это такое явление, в результате которого не образуется новых веществ, а лишь происходит изменение строения вещества. Отличие физического явления от химического заключается как раз в том, что в результате не получается новых веществ. Таким образом, диффузия - это физическое явление.
Определение термина диффузия
Как известно, формулировок того или иного понятия может быть много, однако общий смысл не должен изменяться. И явление диффузии не является исключением. Обобщенное определение имеет следующий вид: диффузия - это физическое явление, которое представляет собой взаимное проникновение частиц (молекул, атомов) двух и более веществ до равномерного распределения по всему занимаемому этими веществами объему. В результате диффузии не образуется новых веществ, поэтому она и является именно физическим явлением. Простой называют диффузию, в результате которой происходит перемещение частиц из области наибольшей концентрации в область меньшей концентрацией, которое обусловлено тепловым (хаотичным, броуновским) движением частиц. Иными словами, диффузия представляет собой процесс перемешивания частиц разных веществ, причем частицы при этом распределяются равномерно по всему объему. Это очень упрощенное определение, зато наиболее понятное.
Виды диффузии
Диффузию можно зафиксировать как при наблюдении за газообразными и жидкими веществами, так и за твердыми. Поэтому она включает несколько видов:
- Квантовая диффузия - это процесс диффузии частиц или точечных дефектов (локальных нарушений кристаллической решетки вещества), который осуществляется в твердых телах. Локальные нарушения - это нарушение в определенной точке кристаллической решетки.
- Коллоидная - диффузия, происходящая во всем объеме коллоидной системы. Коллоидная система представляет собой среду, в которой распределены частицы, пузырьки, капли другой, отличающейся по агрегатному состоянию и составу от первой, среды. Такие системы, а также протекающие в них процессы, подробно изучаются в курсе коллоидной химии.
- Конвективная - перенос микрочастиц одного вещества макрочастицами среды. Особый раздел физики, называемый гидродинамикой, занимается изучением движения сплошных сред. Оттуда можно почерпнуть знания о состояниях потока.
- Турбулентная диффузия - это процесс переноса одного вещества в другом, обусловленный турбулентным движением второго вещества (характерна для газов и жидкостей).
Подтверждается высказывание, что диффузия может протекать как в газах и жидкостях, так и в твердых телах.
Что такое закон Фика?
Немецким ученым, физиком Фиком, был выведен закон, показывающий зависимость плотности потока частиц через единичную площадку от изменения концентрации вещества на единицу длины. Этот закон и является законом диффузии. Закон можно сформулировать следующим образом: поток частиц, который направлен по оси, пропорционален производной от числа частиц по переменной, откладываемой вдоль той оси, относительно которой определяется направление потока частиц. Иными словами, движущийся в направлении оси поток частиц пропорционален производной от числа частиц по переменной, которая откладывается вдоль той же оси, что и поток. Закон Фика позволяет описать процесс переноса вещества во времени и пространстве.
Уравнение диффузии
Когда в веществе присутствуют потоки, происходит перераспределение самого вещества в пространстве. В связи с этим существует несколько уравнений, которые описывают этот процесс перераспределения с макроскопической точки зрения. Уравнение диффузии является дифференциальным. Оно вытекает из общего уравнения переноса вещества, которое также называют уравнением непрерывности. При наличии диффузии используется закон Фика, который описан выше. Уравнение имеет следующий вид:
dn/dt=(d/dx)*(D*(dn/dx)+q.
Диффузионные методы
Метод диффузии, точнее метод ее осуществления в твердых материалах, широко используется в последнее время. Это связано с преимуществами метода, одним из которых является простота используемого оборудования и самого процесса. Сущность метода диффузии из твердых источников заключается в нанесении легированных одним или несколькими элементами пленок на полупроводники. Существует еще несколько методов осуществления диффузии, помимо метода твердых источников:
- в замкнутом объеме (ампульный способ). Минимальная токсичность является преимуществом метода, однако его дороговизна, обусловленная одноразовостью ампулы, является существенным недостатком;
- в незамкнутом объеме (термическая диффузия). Исключаются возможности использования многих элементов из-за высоких температур, а также боковая диффузия являются большими недостатками данного метода;
- в частично-замкнутом объеме (бокс-метод). Это промежуточный метод между двумя описанными выше.
Для того, чтобы больше узнать о методах и особенностях проведения диффузии, необходимо изучить дополнительную литературу, посвященную конкретно этим вопросам.
В статье показана роль диффузных процессов в ранах, ушитых традиционным способом и способом предложенным авторами. Теоретически обосновано улучшение диффузных процессов в ранах при лечении аппартным методом.
Проблема заживления ран различной этиологии относится к числу основных разделов медицины, не утративших своего значения и в настоящее время. Лечение этой патологии в кратчайшие сроки без гнойных осложнений возможно только при достаточном обеспечении лечебных учреждений современными эффективными ранозаживляющими препаратами.
При раневом процессе местная и общая реакция организма находится в прямой зависимости от тяжести и особенностей повреждений тканей и органов. Местные и общие реактивные процессы при регенерационных процессах находятся в прямой и обратной зависимости будучи взаимообусловленными и взаимовлияющими. В основе лечения ран лежит умение управлять течением раневого процесса. Эта проблема неизменно находится в поле зрения ученых и хирургов практиков .
Большое количество применяемых методов лечения ран относятся к фармакологической группе. В то же время было предложено боьшое количество технических устройств для лечения ран. Однако самым распространенным методом ушивания ран является циркулярный вертикальный шов.
Кожный покров человека, состоящий из коллагеновых белков, является идеальной природной мембраной, выполняющей многочисленные обменные и защитные функции. Эти процессы в основном обусловлены диффузией. Диффузия (от лат. diffusio – распространение, растекание), взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие движения частиц вещества.
Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. Скорость диффузии пропорциональна в связи с этим средней скорости молекул. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведёт к равномерному распределению вещества по всему занимаемому им объёму (к выравниванию химического потенциала вещества).
Роль диффузных процессов в патогенезе и лечении раневого процесса очень велика. Так, например, при трансплантологии кожных покровов толщина лоскутов играет огромную роль в заживлении ожоговых ран, так как она положительно влияет на диффузные процессы между трансплантантом и раневой поверхностью .
Однако, значение диффузных процессов в ране практически не изучено. Края раны являются проводящими системами, в которых в нормальных условиях должны проходить диффузные процессы. Схематически этот процесс представлен на рисунке 1.
На схематическом рисунке видно, что хирургическая рана (1), ушитая традиционными циркулярными вертикальными швами по классификации Голикова А.Н., обладает определенными недостатками. Хирургический шов (2), являющийся средством для сближения краев раны, осуществляет полную ишемизацию (5) тканей, что приводит к образованию «немых участков» для прохождения диффузных процессов, что приводит к деформации (4) вектора диффузии (3). В результате традиционно используемый хирургический шов приводит к искусственному образованию участков ткани, не участвующих в процессах регенерации. Более того, при неблагоприятных случаях данные «тканевые дефекты» являются источниками образования очагов возникновения инфекционного процесса. Потому что, в итоге, ткань, лишенная доступа питательных веществ, кислорода и т.д., некротизируется, что заканчивается образованием рубца. В противном случае некротизированные массы ткани являются благоприятной питательной средой для болезнетворных микроорганизмов.
На аппаратный метод был получен охранный документ Национального института интеллектуальной собственности Республики Казахстан №13864 от 15.08.2007г. Главным принципом действия предложенного метода является плотное смыкание краев ран друг к другу при помощи физико-механических приемов. Вдоль края раны накладывается капроновая леска достаточной длины, создающая «лигатурную дугу», которая фиксируется концами к торцам аппарата авторской конструкции.
Авторский аппарат в собранном виде имеет форму рамки, в виде четырехугольного параллелограмма, боковые стороны которого составляют стержни, а торцами являются подвижные планки, расположенные и фиксированные к стержням двумя гайками на обоих концах штырей, на подвижных планках просверлены отверстия одинакового диаметра для стержней и фиксации нитей лигатур (рис. 2).
регенерационные процессы. Эффективность аппаратного метода была доказана экспериментально и клинически.
Таким образом, теоретически предложено обоснование эффективности предложенного аппаратного метода по сравнению с традиционными способами ушивания ран. Это обусловлено увеличением давления на область раны, (вследствие особенностей конструкции устройства) приводящего к локальному усилению скорости диффузии.
Литература
- Голиков А.Н. Заживление гранулирующей раны, закрытой швами. – Москва: 1951. – 160 с.
- Waldorf H., Fewres J. Wound healing // Adv. Derm. – 1995. № 10. – P. 77–96.
- Абатурова Э.К., Байматов В.Н., Батыршина Г.И. Влияние биостимуляторов на раневой процесс // Морфология. – 2002. – Т. 121, №2–3. – С.6.
- Кочнев О.С., Измайлов Г.С. Способы ушивания ран. – Казань: 1992. – 160 с.
- Киселев С.И. Значение донорских ресурсов кожи в выборе рациональной хирургической тактики у больных с глубокими ожогами: Автореф.дис. … канд.мед.наук. Рязань, 1971. 17 с.
Жараларды емдеу биологиясындағы диффузия
Түйін Мақалада әдеттегі әдіспен және мақала авторларымен ұсынылып отырған аппаратты әдістің жараларды емдеудегі диффузды процесстер туралы айтылғын. Жараларда диффузды процесстердің аппаратты әдістің жақсарғаны теория жүзінде дәлелдіп көрсетілді.
DIFFUSION IN BIOLOGY Healing
Abstract The article shows the role of diffuse processes in wounds sutured in the traditional way and the method proposed by the authors. The diffuse processes in wounds have been justified theoretically.
Есиркепов М.М., Нурмашев Б.К., Муканова У.А.
Южно-Казахстанская государственная медицинская академия, г. Шымкент
Урок по общей биологии
Тема занятия: Диффузия – основа жизни
Тип учебного занятия: интегрированный урок (по классификации Т.И.Шамовой)
Задачи учебного занятия:
1. Образовательный аспект – формирование знаний о строении, свойствах и функциях внутреннего слоя клеточной оболочки – плазматической мембраны (а на ее примере и других мембран клетки), развитие понятия о соответствии строения выполняемым функциям.
2. Развивающий аспект – активизировать мышление обучающихся, умение сравнивать, анализировать, умение самостоятельно формулировать выводы, способствовать развитию логического мышления, познавательной активности обучающихся.
3. Воспитательный аспект – повышение мотивации изучения биологии, повышение интереса к предметам естественнонаучного цикла, используя разнообразные приёмы деятельности, показать, что познание свойств живого организма возможно только при интеграции знаний, полученных различными науками.
Ход урока
1. Организационный момент
Подготовка студентов к работе на уроке: приветствие, положительный психологический настрой на работу, организация внимания у всех студентов.
Преподаватель. Добрый день, уважаемые студенты! Я рада встрече с вами и надеюсь на вашу помощь и сотрудничество на занятии. Протягивая вам корзину с мандаринами, я приглашаю к совместной работе. Если вы принимаете мое предложение, то откройте навстречу мне свои ладони, а если нет - отверните их от меня.Смотреть на эти плоды одно удовольствие, яркие «оранжевые мячики» дарят нам ощущение радости, восторга и душевного подъема!
2. Мотивация студентов
Эпиграфом к нашему занятию я выбрала слова венгерского радиохимика Д. Хевеши: (1-ый слайд презентации)
Вопрос: Как Вы понимаете эти слова?
Рассуждения студентов
Организация работы студентов над новой темой
2. Приём «Корзина идей»
Предлагает обучающимся почистить мандарин.
Вопрос: «Что изменилось в аудитории?»
Вопрос: «А почему это произошло?»
Ответы обучающихся преподаватель складывает (образно) в «корзину идей»
Вопрос: «А как Вы думаете, какое явление лежит в основе этих процессов?»
Подводит итог.
Основное условие – не повторять то, что уже было сказано другими.
Преподаватель: Почему это происходит, что является доказательством непрерывного движения молекул в живой и неживой природе? Какие процессы лежат в основе этих движений? Об этом мы сегодня с Вами поговорим.
3. Целеполагание
Преподаватель: Предлагает студентам сформулировать тему урока.
Корректирует тему занятия: «Диффузия – основа жизни».
Помогает обучающимся с формулировкой цели занятия. Цель нашего занятия: доказать, что диффузия – это основа жизни.
Преподаватель: задачи занятия: расширить знания о строении, свойствах и функциях цитоплазматической мембраны, показать взаимосвязь таких дисциплин, как «Физика» и «Биология» на данном уроке, и доказать, что диффузия – это основа жизни.
3. Актуализация знаний.
Преподаватель: Материал темы сегодняшнего занятия базируется на знаниях, полученных Вами ранее при изучении биологии. Некоторые моменты мы сейчас с Вами вспомним.
Кроссворд «Основные клеточные структуры»
(2-ой слайд презентации)
Преподаватель: Последнее слово в кроссворде «оболочка».
Вопрос: «А какая клеточная структура расположена под оболочкой?»
4. Изучение нового материала
Преподавтель: Под клеточной стенкой расположена плазматическая мембрана (мембрана - кожица, пленка), граничащая непосредственно с цитоплазмой. Толщина плазматической мембраны около 10 нм.
Преподавтель:
1. Задаёт вопрос: «Вспомните, какие вещества входят в состав плазматической мембраны?»
2. Рассказ о строении плазматической мембраны (схема строения мембраны показана на слайде)
(3-ий слайд презентации)
Студенты: Белки и липиды. Они расположены в два слоя.
Преподавтель: Молекулы липидов в плазматической мембране расположены в два ряда и образуют сплошной слой. Больше всего в мембранах фосфолипидов, в них содержится остаток фосфорной кислоты. Молекулы фосфолипидов расположены таким образом, что гидрофильные «хвосты» обращены внутрь, а гидрофобные «головки» - наружу, к воде. Помимо липидов в состав мембраны входят белки (до 60 %). Они определяют специфические функции мембраны. Молекулы белков и липидов подвижны, способны перемещаться, главным образом в плоскости мембраны. Молекулы белков не образуют сплошного слоя.
Различают:
периферические белки - расположенные на наружной или внутренней поверхности мембраны, могут преобразовывать сигналы из внешней и внутренней среды,
полуинтегральные белки – погружены в бислой на различную глубину, поддерживают структуру мембраны,
трансмембранные белки – пронизывают мембрану насквозь, контактируя при этом с наружной и внутренней средой клетки, катализируют реакции обмена веществ обеспечивают транспорт катионов и анионов, образуют поры.
Преподавтель: Свойства мембран
Но прежде, чем перейти к свойствам мембран, вспомним, что Вы знаете из курса физики.
Вопрос: «Чем объясняется, с точки зрения физики, одно из свойств жидкости – текучесть?»
Вопрос: «В каком случае наблюдается это явление?»
Ответы: Оно объясняется взаимным притяжением молекул жидкости. Это явление наблюдается в том случае, если расстояние между молекулами жидкости сравнимо с размером молекулы.
Предлагает обучающимся заполнить схему по ходу объяснения материала
(4-ый слайд презентации)
Преподавтель: Свойства мембраны мы будем объяснять на опытах с мыльным пузырём.
Проблемный вопрос: «Почему мы взяли мыльный пузырь?»
Демонстрация схемы строения мыльного пузыря.
(5-ый слайд презентации)
Преподавтель: Ответ: А дело в том, что молекулы мыла и фосфолипидов, входящих в состав мембран, имеют аналогичное строение.
Опыт: Студент демонстрирует перетекание жидкости в стенке мыльного пузыря, висящего на пластмассовой трубочке
Первое свойство мембран – это подвижность.
Липидный бислой по существу – жидкое образование, в пределах плоскости которого молекулы могут свободно передвигаться – “течь” без потери контактов в силу взаимного притяжения. Гидрофобные хвосты могут свободно скользить друг относительно друга.
Опыт: Студент демонстрирует, как при протыкании мыльного пузыря и последующего извлечения иглы целостность его стенки сразу же восстанавливается.
Преподавтель: Второе свойство - способность самозамыкаться.
Благодаря этой способности клетки могут сливаться путем слияния их плазматических мембран (например, при развитии мышечной ткани). Этот же эффект наблюдается при разрезании клетки на две части микроножом, после чего каждая часть оказывается окруженной замкнутой плазматической мембраной.
Вопрос: «В каком случае, с точки зрения физики, наблюдается взаимное притяжение между молекулами?»
Ответ: взаимное притяжение наблюдается в том случае, если расстояние между молекулами сравнимо с размером молекулы, если же расстояние становится много больше, то взаимное притяжение не проявляется.
Видеофрагмент «Облегчённая диффузия»
Преподавтель: Третье важнейшее свойство мембраны - это ее избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы.
Преподавтель: Назовите свойства мембраны:
Студенты отвечают: 1. Подвижность. 2. Самозамыкание. 3. Избирательная проницаемость. (6-ой слайд презентации)
Преподавтель: Теперь немного отдохнём.
Физкультминутка
Преподавтель:
Демонстрация опыта “Наблюдение плазмолиза и деплазмолиза растительной клетки” (видеофрагмент)
Вопросы:
Что такое плазмолиз?
Какое явление называют деплазмолизом?
Что такое осмос?
Делает выводы вместе с обучающимися.
Преподаватель: Вывод:
ПЛАЗМОЛИЗ - отделение пристеночного слоя цитоплазмы от твёрдой оболочки растительной клетки.
ДЕПЛАЗМОЛИЗ
ОСМОС
Мы убедились в том, что плазматическая мембрана обладает избирательной проницаемостью
Преподавтель: Опарин Александр Иванович сказал, что после того как появились мембраны…из супа, варившегося в морях могли сформироваться первые живые организмы. На основании чего ученый пришел к такому утверждению?
Студенты: Мембрана отграничивает клеточное содержимое от внешней среды.
Преподавтель: Давайте с Вами вспомним, какие основные функции мембрана клетки?
Студенты: 1. Барьерная
2. Транспортная
3. Рецепторная
Видеофрагмент «Функции мембраны»
Преподавтель: На транспортной функции мембраны остановимся более подробно.
Преподавтель: Задание 1. Представьте, что вы подошли к стене, к забору, к преграде, которую вам необходимо преодолеть. Каким способом вы будете пытаться попасть внутрь?
Студенты делятся на две группы, каждой группе выдается лист бумаги, который поделен вертикальной чертой на две колонки. Группе дается 2 минуты на размышление. Студенты должны предложить как можно больше способов проникновения и записать их в левый столбик листка.
Афиширование групповых работ, в результате которого список каждой группы дополняется наиболее удачными предложениями.
Задание 2. Представьте, что преодолеть преграду необходимо не человеку, подошедшему к забору или стене, а веществу, находящемуся рядом с живой клеткой. Ему необходимо попасть внутрь клетки. Попытайтесь найти аналогии к каждому из способов, предложенных вами для преодоления препятствий. Запишите их в правой части листа бумаги.
Социализация в группах. Студенты зачитывают вслух способы проникновения в клетку и фиксируют наиболее удачные аналогии других групп.
Преподавтель: (подводит итоги работы групп и объясняет виды транспорта через мембрану).
Диффузия
Видеофрагмент «Диффузия в мембране»
Осмос – это движения растворителя из области высокой концентрации в область более низкой концентрации.
Преподаватель: Мы говорим в опытах о диффузии. Я вас опять возвращаю в неживую природу и прошу вспомнить, а что же такое диффузия с точки зрения физики?
Диффузия -это явление взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого.
Преподаватель: Каковы особенности протекания диффузии в живой и неживой природе? От чего зависит скорость протекания диффузии?
Обсуждение студентов, выдвижение гипотез
Преподаватель: Итак, Вы считаете, что скорость протекания диффузии зависит от температуры и от агрегатного состояния вещества? Почему?
Предполагаемые ответы студентов
Преподаватель: А теперь на опыте проверим Вашу гипотезу.
Опыт
Оборудование: 2 стакана с водой разной температуры, стёкла, пипетка, кофе
Ход работы:
В два одинаковых стеклянных сосуда налейте одинаковое количество воды, но различной температуры.
Капните на стёкла по 2-3 капли горячей и холодной воды (на разные стёкла)
С вверху поместите несколько крупинок растворимого кофе.
Пронаблюдаете, что происходит. (1 – 2 мин)
Измерьте время, через которое окрасится вся вода в стакане.
Имеет ли место явление диффузии в этом опыте? Почему?
Результаты оформить в таблицу.
№ опыта
Стакан с водой
Время окрашивания
Холодная
Горячая
Что вы можете сказать о скорости протекания диффузии в первом и втором сосудах?
Сейчас в обоих сосудах в диффузии участвуют одни и те же вещества, находящиеся в одних и тех же агрегатных состояниях. Значит, скорость протекания диффузии должна быть одинакова? Но результат опыта свидетельствует об обратном. Почему?
Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры, так как молекулы взаимодействующих тел начинают двигаться быстрее. Это утверждение справедливо для веществ находящихся в любом агрегатном состоянии.
Вывод: Диффузия наблюдается в жидкостях и ускоряется с повышением температуры.
5. Первичная проверка понимания изученного материала.
Преподаватель: Возвращается к вопросу , заданному в начале занятия: «Скажите, так почему же запах мандарина, после того, как мы стали его чистить, распространился по всей аудитории?»
Вопрос: «Какое физическое явление лежит в основе механизма транспорта веществ в клетку через цитоплазматическую мембрану?»
Закрепление.
Предлагает обучающимся выполнить тестовое задание (используя мультимедийную презентацию) на закрепление изученного материала.
1. Выберите основные функции плазматической мембраны
а) транспортная, барьерная, рецепторная
б) транспортная, энергетическая, барьерная
в) транспортная, энергетическая, каталитическая
2. К акие вещества входят в состав плазматической мембраны?
а) углеводы и белки
б) белки и липиды
в) белки и нуклеиновые кислоты
3. Какой процесс изображён на данном рисунке?
а) осмос
б) диффузия
в) плазмолиз
4. Какой процесс изображен на данном рисунке?
а) плазмолиз
б) деплазмолиз
в) митоз
5. Обратимся к бобам фасоли, которые лежат у вас на столах. Одну фасоль мы заранее замочили в горячей воде, другая оставалась сухой. Думаю, что разница в размерах фасоли видна. Какой процесс Вы здесь наблюдаете?
а) плазмолиз
б) осмос
в) рост
Взаимопроверка тестового задания
7. Анализ
Преподаватель: Обратимся к эпиграфу нашего занятия
«Мыслящий ум не чувствует себя счастливым, пока ему не удается связать воедино разрозненные факты, им наблюдаемые»
Вопрос: Как Вы думаете, правильно ли я подобрала эпиграф к нашему занятию? Объясните, почему?
Студенты рассуждают и отвечают на поставленный вопрос.
Преподаватель: Так почему же диффузия – это основа жизни?
Студенты: Диффузия имеет огромное значение в процессах жизнедеятельности живых объектов. Диффузия играет важную роль в питании растений, переносе питательных веществ, кислорода в организме человека и животных.
Преподаватель: "Как вы думаете, где (в жизни, в профессии) вам пригодятся знания о диффузии?"
Преподаватель: Какое явление связывает дисциплины «Физика» и «Биология» при изучении свойств и функций плазматической мембраны?
8. Домашнее задание
Сообщает обучающимся домашнее задание, объясняет выполнение.
1. Разгадать филворд «Буквенная неразбериха».
Проникновение молекул одного вещества в межмолекулярные промежутки другого
Агрегатное состояние вещества, в котором диффузия проходит с наибольшей скоростью
Протекание диффузии в одном направлении через полупроницаемые мембраны
Результат выбросов в атмосферу и реки вредных отходов производства
Беспорядочное ……. молекул приводит к диффузии веществ.
Физическая величина, ускоряющая процесс диффузии
Введение лекарственных препаратов через кожу, с помощью электрического тока.
2. Создать буклет «Диффузия в моей профессии».
3. Подобрать несколько пословиц, в которых наблюдается явление диффузии.
4. Провести опыт.
Первое и второе задание – выполняют все обучающиеся.
Третье и четвёртое – по желанию .
9. Рефлексия
Предлагается обучающимся «нарядить» дерево мандаринами:
Если занятие понравилось, узнал много нового и интересного, то на дерево прикрепляется оранжевый мандарин;
Если занятие не понравилось, было скучно и неинтересно, то на дерево прикрепляется белый мандарин.
Предлагает обучающимся назвать самого активного студента урока, этому студенту вручается корзина мандаринов за активную работу на интегрированном занятии «Диффузия – основа жизни»
