Чем объясняется распространение в воздухе запаха приготовленного шашлыка
№ 56 Сборник задач по физике 7-9 класс Лукашик. Чем объяснить запахи?
Кто знает?
Чем объясняется распространение в воздухе запахов бензина, дыма, нафталина, духов и других пахучих веществ?
Диффузией молекул данного вещества между молекулами воздуха.
Попробуйте провести следующий опыт. Приготовление раствора
сахара и расчёт его массовой доли в растворе.
Отмерьте мерным ( Подробнее. )
Привет. Выручайте с ответом по физике…
Поплавок со свинцовым грузилом внизу опускают
сначала в воду, потом в масло. В обоих ( Подробнее. )
Привет всем! Нужен ваш совет, как отвечать…
Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. ( Подробнее. )
4. Движение молекул и температура тела
Сборник задач по физике, Лукашик В.И.
56. Чем объясняется распространение в воздухе запахов бензина, дыма, нафталина, духов и других пахучих веществ?
Диффузией молекул данного вещества между молекулами воздуха.
57. Молекулы газа движутся со скоростями порядка нескольких сотен метров в секунду. Почему же в воздухе запах пролитого около нас эфира или бензина мы не чувствуем мгновенно?
Из-за многочисленных столкновений молекула многократно меняет направление вектора скорости (броуновское движение). В результате этого средняя скорость молекулы и, соответственно, скорость распространения запаха уменьшается в сотни и тысячи раз.
58. Открытый сосуд с углекислым газом уравновесили на весах. Почему со временем равновесие весов нарушилось?
Часть молекул углекислого газа, который тяжелее воздуха, ушла в атмосферу. Их объем заняли молекулы воздуха.
59. Детский резиновый шар, наполненный водородом, через несколько часов становится слабо надутым. Почему?
Молекулы водорода диффундируют через оболочку шарика.
60. Почему дым от костра по мере его подъема перестает быть видимым даже в безветренную погоду?
Потому что дым постепенно диффундирует в воздух.
61. Почему в газах и жидкостях диффузия протекает значительно быстрее, чем в твердых телах?
В жидкостях и газах молекулы более подвижны, чем в твердых телах. Вследствие этого диффузия в жидкостях и газах происходит значительно быстрее.
62. В старинной книге перед страницами с рисунками подклеены листы тонкой прозрачной бумаги. Почему на сторонах этой бумаги, соприкасающихся с рисунками, со временем появились отпечатки рисунков?
Со временем вследствие диффузии краска с рисунков проникает в прозрачную бумагу.
63. Морское животное кальмар при нападении на него выбрасывает темно-синюю защитную жидкость. Почему через некоторое время пространство, заполненное этой жидкостью, даже в спокойной воде становится прозрачным?
Это объясняется диффузией молекул жидкости в окружающее пространство.
64. Если рассматривать в микроскоп каплю сильно разбавленного молока, то можно видеть, что плавающие в жидкости мелкие капли масла непрерывно движутся. Объясните это явление.
Это объясняется беспорядочным столкновением капель масла с окружающими молекулами (броуновское движение).
65. Одинаковые кусочки сахара были брошены в стаканы с водой одновременно. В каком стакане начальная температура воды была больше (рис. 16)?
В третьем стакане, потому что растворимость сахара растет с увеличением температуры.
66. Почему не рекомендуется мокрую ткань, окрашенную в темный цвет, оставлять на длительное время в соприкосновении с белой тканью? Объясните происходящее явление.
Молекулы краски переходят на белую ткань в результате диффузии, и она окрашивается.
67. Как можно ускорить диффузию в твердых телах?
Увеличить давление и/или температуру твердых тел.
68. Где лучше сохранить детский резиновый шарик, наполненный водородом: в холодном или теплом помещении?
В холодном.
69. Один кувшин с молоком поставили в холодильник, другой оставили в комнате. Где сливки отстоятся быстрее?
В холодильнике.
Мутная вода из лужи, налитая в высокий стакан, отстаивается, и вся грязь оседает на дно. Почему на этот процесс требуется некоторое время? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это пример броуновского движения.
Частицы грязи не могут сразу осесть на дно стакана, так как всё время безостановочно и хаотично двигаются.
Почему одежда длительное время сохраняет запах того помещения, где долго находился носящий её человек? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Молекулы пахучих веществ проникают между молекулами, из которых сделана ткань одежды, и остаются там надолго.
Если бросить в стакан с водой кусочек засохший акварельные краски, через некоторое время вся вода в стакане окраситься равномерным цветом. Почему это происходит? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Частицы краски под действием молекул воды двигаются хаотично и постепенно равномерно заполняют весь объем воды в стакане.
Почему запах некоторых цветов, например лилий, ощущается на больших расстояниях? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример.
Это явление диффузии.
Молекулы запаха, испускаемые цветком, проникают между молекулами воздуха и распространяются на большие расстояния.
Почему запах горячих выхлопных газов от работающего двигателя чувствуется далеко от автомашины? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Молекулы выхлопных газов проникают между молекулами воздуха и распространяются на большие расстояния.
Почему после многодневного похода в лес одежда ещё долго пахнет костром? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Пахучие вещества от костра проникают в ткани одежды.
Почему упругий воздушный шар, наполненный гелием, через некоторое время становится слабо надутым? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Молекулы гелия проникает сквозь стенки шара и выходит наружу.
Чем объясняется распространение запаха горячей пищи в воздухе? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Благодаря диффузии молекул и запаха распространяются на большие расстояния.
Когда ремонтируют дороги, ямы засыпают горячим асфальтом. В безветренную погоду запах горячего асфальта ощущается далеко от места ремонта. Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
За счёт диффузии молекул запах распространяется на большие расстояния от места ремонта.
Это пример диффузии.
Молекулы воздуха толкают частицы дыма, они двигаются хаотично и разлетаются в разные стороны. Воздух становится прозрачным.
В жаркий безветренный день пыль, поднятая проехавший по грунтовой дороге машиной, долго висит в воздухе и оседает через длительное время. Почему это происходит? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это пример броуновского движения.
Частицы пыли не могут сразу осесть на землю, так как всё время безостановочно и хаотично двигаются.
Если в стакан с водой осторожно положить немного соли и не размешивать воду, то вода в стакане всё равно через некоторое время станет солёной. Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Ионы соли проникает между молекулами воды и постепенно растворяются по всему объёму воды.
Любая ткань может долго сохранять запах того помещения, где она находилась. В отличие от твёрдых предметов, например посуды. Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Молекулы пахучих веществ проникают между молекулами, из которых сделана ткань одежды, и остаются там надолго.
Запахи летучих жидкостей, например керосина, ощущаются на больших расстояниях от ёмкости, в которую они налиты. Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Молекулы керосина проникает между молекулами воздуха и распространяются на большие расстояния.
Если взять грязную воду из лужи, налить её в высокий стакан и оставить, то через некоторое время вся грязь осядет на дно стакана. Почему на этот процесс требуется некоторое время? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это пример броуновского движения.
Частицы грязи не могут сразу осесть на дно, так как всё время безостановочно и хаотично двигаются.
Если одежда долго лежит с каким-либо пахучим веществом, например нафталином, она приобретает его запах. Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Молекулы нафталина проникают между молекулами, из которой сделана ткань одежды, и остаются там надолго.
Чем объясняется распространение запаха духов в воздухе? Какое физическое явление иллюстрирует этот пример?
Это явление диффузии.
Благодаря диффузии молекулы запаха распространяются на большие расстояния.
Диффузия
Диффузией (от латинского «диффузио» — «распространение», «растекание») называют взаимное проникновение частиц одного вещества в другое, обусловленное движением молекул.
Диффузия в газах
Если в комнате открыть флакон с духами или зажечь ароматизированную свечу, то аромат распространится по всему объёму помещения. Благодаря хаотичному движению молекул воздуха аромат достигает любой точки комнаты.
Скорость хаотичного движения молекул воздуха составляет несколько сотен метров в секунду. При повышении температуры скорость увеличивается.
Диффузия в жидкостях
Нальём в высокий стеклянный сосуд голубой водный раствор медного купороса.
Осторожно вдоль стенок добавим дистиллированную воду. В начале эксперимента вида чёткая граница между чистой водой и раствором купороса. Эта граница будет размываться в течение долгого периода. Однажды раствор станет равномерно окрашенным. Молекулы воды смешались с молекулами медного купороса в результате хаотичного движения.
Опыт
Опыт доказывает, что молекулы жидкости беспрестанно движутся.
На анимации ниже можно увидеть процесс проникновения молекул вещества в промежутки между молекулами другого вещества.
Взаимопроникновение веществ
Диффузия в твёрдых телах
Диффузия в твёрдых телах обусловлена медленным переносом масс взаимодействующих веществ, который объясняется микроскопическим строением твердого вещества. Диффундирование, как физический процесс, используется при производстве фарфоровой, керамической посуды.
Явление диффузии объясняется хаотичным движением молекул, в процессе которого молекулы одного вещества проникают в межмолекулярные промежутки другого.
При увеличении температуры (нагревании) скорость движения молекул увеличивается. Поэтому процесс диффузии становится интенсивнее.
В горячем чае сахар растворяется быстрее. Тёплая вода лучше выполаскивает моющее средство. Запах свежей выпечки мы чувствуем вдалеке от пекарни.
Вопросы и ответы по теме диффузия
1. Где диффузия происходит очень медленно: в твёрдых телах, газах или жидкостях?
2. Верно ли утверждение, что диффузия — это явление, при котором молекулы газа, двигаясь во всех направлениях, заполняют весь сосуд?
3. Верно ли утверждение, что диффузия — это явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого вещеcтва?
4. Диффузия происходит быстрее в твёрдых телах, газах или жидкостях?
5. Студент рисует акварельными красками. Чтобы воспользоваться другой краской после того, как он рисовал фиолетовой краской, он опустил кисточку в стакан с водой. Вода окрасилась в какой цвет? Как называется это физическое явление?
6. Имеются две хорошо отполированные пластинки олова и серебра. Их кладут друг на друга и сдавливают в тисках. После этого пластинки начинают постепенно нагревать. Какие из перечисленных ниже устверждений верны:
7. Слишком солёную воду для варки картофеля разбавляют водой. После этого вода станет менее солёной или более солёной?
8. Недосоленную форель обильно солят и оставляют при комнатной температуре. После этого форель станет более солёной или менее солёной?
9. При одинаковой температуре диффузия в газе идёт быстрее или медленее, чем в жидкости?
10. При одинаковой температуре диффузия в морсе идёт медленнее или быстрее, чем в воздухе?
11. Среди описанных процессов выбери примеры диффузии.
12. Как называется физическое явление, когда аромат лилий чувствуется на расстоянии? Варианты ответов: диффузия в твёрдых телах, диффузия в жидкостях, диффузия в газах или броуновское движение.
13. Как называется физическое явление, когда при растворении крупинок марганцовки в воде она окрасилась в розовый цвет? Варианты ответов: диффузия в твёрдых телах, диффузия в жидкостях, диффузия в газах или броуновское движение.
14. Как объяснить распространение в воздухе запаха приготовленного борща? Варианты ответов: а) молекулы приготовленного борща отличаются от молекул воздуха; б) происходит диффузия молекул приготовленного борща с молекулами воздуха; в) молекулы приготовленного борща состоят из атомов; г) происходит броуновское движение.
15. Почему нельзя оставлять мокрую ткань, окрашенную в тёмно-синий цвет, на длительное время в соприкосновении с жёлтой тканью?
16. Найди пословицы, в которых говорится о диффузии.
Чем объясняется распространение в воздухе запаха приготовленного шашлыка
На вопрос о механизме распространения запаха практически любQой преподаватель учебного заведения ( да и не только) ответит, что, конечно, это же диффузия. Однако ответ на этот вопрос не является таким очевидным.
Прежде всего, следует сослаться на публикацию в приложении к журналу «Квант» [1]. Там при решении задачи о механизме распространении запах в воздухе говорится о распространении запаха за счет конвекции, но в качестве альтернативы рассмотрено и влияние диффузии на этот процесс.
Попытаемся более подробно разобраться в этом вопросе. Первое, что надо сделать, это построить модель процесса распространения запаха. Начнем с диффузии в газах. ДИФФУЗИЯ (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 1920 году Штерн ставит опыты по определению скоростей теплового движения молекул в опытах с молекулярными пучками. Эти опыты дали для наивероятнейшей скорости молекул серебра значения около 500 м/с. Совершенно ясно, что молекулы в газе не перемещаются поступательно именно с такой скоростью. Внутри вещества находится колоссальное количество молекул. Из основного уравнения МКТ
следует, что концентрация молекул газа равна
.
Рассчитаем концентрацию при нормальном атмосферном давлении и температуре 273 К.
.
Нам невозможно представить себе такое число. Это невообразимо огромная величина, в земных условиях нет такого количества счетных величин. Расстояние, на которое перемещается молекула между двумя последовательными столкновениями, называется ее длиной свободного пробега. В силу хаотичности движения прямолинейные участки траектории, по которой движется молекула, могут сильно различаться по своей длине. Поэтому говорят о средней длине свободного пробега. Длина свободного пробега обратно пропорциональна квадратному корню из концентрации молекул.
.
В воздухе школьного класса при нормальной плотности в течение 1 с молекула испытывает около 1 млрд. столкновений. При этом она постоянно меняет направление своего движения. Как же рассчитать теоретически время поступательного перемещения молекулы в одном направлении?
В какой-то мере диффузию можно уподобить броуновскому движению. Конечно, размер атомов гораздо меньше размера броуновских частиц, но нам кажется, что это не является принципиальным препятствием к проведению некоторых численных оценок.
Броуновское движение молекул подтверждает хаотический характер теплового движения и зависимость интенсивности этого движения от температуры. Впервые беспорядочное движение мелких твердых частиц, наблюдал английский ботаник Р. Броун в 1827 году, рассматривая взвешенные в воде твердые частички – споры плауна. С тех пор, движение частиц в жидкости или газе называется броуновским.
Теория броуновского движения в реальной жизни
Теория случайных блужданий имеет важное практическое приложение. Говорят, что в отсутствие ориентиров (солнце, звезды, шум шоссе или железной дороги и т.п.) человек бродит в лесу, по полю в буране или в густом тумане кругами, все время возвращаясь на прежнее место. На самом деле он ходит не кругами, а примерно так, как движутся молекулы или броуновские частицы. На прежнее место он вернуться может, но только случайно. А вот свой путь он пересекает много раз. Рассказывают также, что замерзших в пургу людей находили «в каком-нибудь километре» от ближайшего жилья или дороги, однако на самом деле у человека не было никаких шансов пройти этот километр, и вот почему.
Чтобы рассчитать, насколько сместится человек в результате случайных блужданий, надо знать величину λ, т.е. расстояние, которое человек может пройти по прямой, не имея никаких ориентиров. Эту величину с помощью студентов-добровольцев измерил доктор геолого-минералогических наук Б.С. Горобец. Он, конечно, не оставлял их в дремучем лесу или на заснеженном поле, все было проще – студента ставили в центре пустого стадиона, завязывали ему глаза и просили в полной тишине (чтобы исключить ориентирование по звукам) пройти до конца футбольного поля. Оказалось, что в среднем студент проходил по прямой всего лишь около 20 метров (отклонение от идеальной прямой не превышало 5°), а потом начинал все более отклоняться от первоначального направления. В конце концов, он останавливался, далеко не дойдя до края.
Пусть теперь человек идет (вернее, блуждает) в лесу со скоростью 2 километра в час (для дороги это очень медленно, но для густого леса – очень быстро), тогда если величина λ равна 20 метрам, то за час он пройдет 2 км, но сместится всего лишь на 200 м, за два часа – примерно на 280 м, за три часа – 350 м, за 4 часа – 400 м и т. д. Двигаясь по прямой с такой же скоростью, человек за 4 часа прошел бы 8 километров.
Далее следует вспомнить работы А. Эйнштейна и М. Смолуховского [2]. Именно они для броуновского движения получили выражение для среднеквадратичного смещения частицы вдоль произвольного направления:
,
здесь 
– коэффициент диффузии, t – время движения частицы. Зная коэффициент диффузии в газах D, и, задавая расстояние R, можно оценить время прохождения частицей этого расстояния.
Если для коэффициента диффузии паров спирта в воздухе взять величину D=10-5 м2/с, для расстояния R=1 м, то получим время t
5⋅104 с = 13,9 ч. Это достаточно красноречивый результат.
С другой стороны, нельзя ли рассматривать распространение запаха в условиях нарушения равновесности состояния среды (например, при наличии градиента концентрации)? Ведь согласно уравнения состояния идеального газа (1), и при наличии градиента концентрации в изотермической среде появляется градиент давления, который может привести к появлению конвекционных гидродинамических потоков внутри отдельных областей газа. В этом случае уже приходится говорить о конвекции, как основном механизме распространения запаха. Например, в условиях тепловой конвекции видно, что дым от сигарет достаточно быстро распространяется во все стороны, а не только вверх, под действием силы Архимеда, или вниз под действием силы тяжести. Правда, в этом случае речь идет о тепловой конвекции.
Перенос вещества, обусловленный одновременно молекулярной диффузией и макроскопическим движением среды (конвекцией), называется конвективной диффузией.
Конвективная диффузия может быть вызвана как действием на систему разности давлений, так и гравитационным полем. Если идет речь о сигаретном дыме, то мы имеем дело с конвективной диффузией, вызванной действием силы тяжести. В нашем случае при распространении запаха мы, вероятнее всего, имеем дело с конвективной диффузией, вызванной разностью давлений в различных частях среды. Механизм этого процесса достаточно сложен и выходит за рамки школьного курса физики.
Во второй части нашей статьи мы рассмотрим эксперимент, который был поставлен для выяснения роли конвективной диффузии в распространении запаха.