Лабораторная работа
«Изучение диффузии и распространение запаха в воздухе».
Цель работы:
1. выяснить, причину возникновения запахов;
2. установить, зависит ли скорость движения молекул от структуры вещества и температуры;
3. объяснить распространение запахов на основе МКТ.
Приборы: электрическая лампа;
Средства измерения: секундомер, термометр, рулетка;
Материалы: жидкости с хорошо различимыми запахами (духи, освежитель воздуха, лак для волос).
Теоретические сведения.
Запах является свойством какого-либо вещества. В воздухе различные запахи распространяются за счёт явления под названием диффузия (подобно распространению, смешению одной жидкости в другой). Ощущение запахов человеком непосредственно связано с частицами веществ, которые испускают данные запахи. Человек может воспринимать до 400 тысяч различных запахов. Запахи не классифицируют, а называют их именем того вещества, которое их испускает (например: «запах духов», «запах цветов», «запах еды» и т.д.). Орган обоняния располагается в самой верхней части полости носа и площадь его поверхности, практически у каждого человека, не превышает 5см2. Чтобы хорошо почувствовать конкретный запах, то сделайте несколько подряд коротких, но резких вдохов. Это связано с тем, что при таких вдохах воздух вихревыми движениями хорошо доходит до органа обоняния и запах который он в себе несёт, ощущается в достаточной степени сильно.
Одорология — наука о запахах. Различают несколько направлений одорологии: медицинская, криминалистическая, психологическая.
Термин «запах» имеет два значения:
термин определяет свойство материальных объектов - физических тел животного, растительного и минерального происхождения, заключающееся в непрерывном отделении (испарении) во внешнюю среду молекул данного объекта, которые вместе с воздухом попадают в обонятельный орган и воздействуют на него. По характеру этого свойства устанавливают скорость испарения и классифицируют вещества на летучие и обычные.
Выполнение работы.
1.При выполнении работы используйте жидкости, пары которых имеют хорошо различимый запах. Встаньте в конце помещения. Попросите вашего помощника распылить небольшую порцию освежителя воздуха. Засеките время, за которое запах распространится до вас.
2. Проветрите помещение, дождавшись понижения температуры на 2-30С по сравнению с предыдущим опытом. Повторите опыт еще раз.
3. Проветрите помещение и распылите освежитель около включенной настольной лампы.
4. Повторите опыты с парами другой жидкости.
5. Сравните время, требующееся для распространения запаха во всех случаях.
6. Рассчитайте скорость распространения запаха по формуле Ѵ = [pic]
7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
Скорость Ѵ [м/с]
1
Духи
комнатная
после проветривания
около включенной лампы
2
Освежитель воздуха
комнатная
после проветривания
около включенной лампы
3
Лак для волос
комнатная
после проветривания
около включенной лампы
8. Запахи, как известно, ощущаются на довольно большое расстояние. Чем это объясняется? 9. Сделайте вывод о зависимости скорости движения молекул разных веществ.
Контрольные вопросы:
1). Какое явление отвечает за перенос запахов?
2). Как передаются запахи?
3). Что влияет на интенсивность распространения запахов?
4). Возникает ли диффузия в жидкостях и твердых телах?
Работа по тексту «Диффузия».
Задание.
Внимательно прочитайте текст по теме «Диффузия». После прочтения текста Вам необходимо ответить на вопросы, решить качественные задачи и выполнить экспериментальное задание.
Слово диффузия происходит от латинского «diffusio» - распространение, растекание или «diffundere» - распространять. Диффузия - процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму.
Следовательно, диффузия является опытным доказательством того, что все тела состоят из атомов или молекул с межмолекулярными промежутками, которые находятся в непрерывном беспорядочном движении. Причина диффузии - это непрерывное и беспорядочное движение частиц вещества. При диффузии частицы одного вещества проникают в промежутки между частицами другого вещества, и вещества перемешиваются.
Диффузия может происходить и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах. Наиболее быстро диффузия происходит в газах (именно поэтому так быстро распространяется запах в воздухе). В жидкостях диффузия происходит медленнее, чем в газах. Это объясняется тем, что молекулы жидкости расположены значительно гуще, и потому «пробираться» через них значительно труднее. Медленнее всего диффузия происходит в твердых телах. В одном из проводимых опытов, гладко отшлифованные пластины свинца и золота положили одна на другую и сжали грузом. Через пять лет золото и свинец проникли друг в друга на 1 мм. Скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.
Диффузия имеет большое значение в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений. Например, именно благодаря диффузии кислород из легких проникает в кровь человека, а из крови - в ткани. Природный горючий газ, который используют в домах для приготовления пищи, не имеет ни цвета, ни запаха. Поэтому трудно было бы сразу заметить утечку газа, распространяющегося очень быстро по всему помещению за счет диффузии. При определенном соотношении газа с воздухом в закрытом помещении образуется смесь, которая может взорваться, например, от зажженной спички. Газ может вызвать и отравление людей. Чтобы сделать поступление газа в помещение заметным, на распределительных станциях, горючий газ предварительно смешивают с особыми веществами, обладающими резким неприятным запахом, который легко ощущается человеком даже при весьма малой его концентрации. Такая мера предосторожности позволяет быстро заметить накопление газа в помещении, если образовалась утечка газа.
Первое количественное описание процессов диффузии было дано немецким физиологом
А. Фиком в 1855 году.
Контрольные вопросы.
1. Объясните, как распространяется запах духов в комнате. Что доказывает это явление?
2. Что такое диффузия?
3. Опишите опыт, в котором наблюдают диффузию жидкостей.
4. Что является причиной диффузии?
5. Одинаково ли быстро протекает диффузия в газах, жидкостях и твердых телах? Приведите примеры.
Работа по тексту «Запахи»
Задание.
Внимательно прочитайте текст по теме «Запахи». После прочтения текста Вам необходимо ответить на вопросы, решить качественные задачи и выполнить экспериментальное задание.
Почти 2000 лет назад античный учёный, поэт и философ Тит Лукреций Кар полагал, что в носовой полости есть крошечные поры разных размера и формы. Каждое пахучее вещество, рассуждал он, испускает крошечные молекулы присущей ему формы. Запах воспринимается, когда эти молекулы входят в поры обонятельной полости. Распознавание каждого запаха зависит от того, к каким порам эти молекулы подходят.
В 1756 г. М. В. Ломоносов в работе «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» выдвинул мысль о том, что окончания нервных клеток побуждают колебания частиц материи. В этом произведении он написал о «коловратных» (колебательных) движениях частиц эфира как возбудителях органов чувств: зрения, вкуса и обоняния.
За последнее столетие было предложено около 30 теорий, авторы которых пытались объяснить природу запаха, его зависимость от свойств пахучего вещества. В настоящее время удалось установить, что у природы запаха, как и у природы света, двойственный характер: корпускулярный (зависящий от структуры пахучего вещества) и волновой.
Согласно гипотезе швейцарского химика Леопольда Ружички, выдвинутой им еще в 1920г., пахучие вещества, попав в нос, прежде всего распространяются в жидкости, покрывающей обонятельную область. Затем они вступают в связь с особыми химическими веществами - осмоцепторами (захватывающими запах). Каждый из осмоцепторов «ведает» только определенными группами атомов. Возникшие в результате новые вещества и воздействуют на нервные окончания. Сами же они (новые вещества) так нестойки, что очень быстро распадаются. Этим и объясняется, почему запах «не задерживается». Когда запах очень сильный, постепенно все осмоцепторы оказываются захваченными молекулами пахучего вещества и запах вообще перестает восприниматься - так мы привыкаем, адаптируемся даже к сильным и стойким запахам.
Некоторые одинаковые молекулы обладают различными запахами, т. е. основную роль играет геометрическая форма молекул пахучего вещества. В 1952 г. Дж Эймур объяснил это тем, что на обонятельных волосках носовой полости находятся лунки пяти основных форм, воспринимающие пять запахов (камфарный, мускусный, цветочный, мятный, эфирный) соответственно. Когда в лунку входит молекула пахучего вещества, близкая ей по конфигурации, тогда и ощущается запах. Таким образом, умозрительный вывод Лукреция оказался научно обоснованным. Имеются ещё два основных запаха - острый и гнилостный, но их восприятие связано не с формой лунок, а с различным отношением к электрическим зарядам оболочки, покрывающей окончание обонятельных нервов. Все существующие запахи могут быть получены смешиванием приведённых семи запахов в соответствующих сочетаниях и пропорциях.
По современным данным, молекулы пахучих веществ поглощают и испускают волны длиной от 1 до 100 мкм, а тело человека при нормальной температуре поглощает и испускает волны длиной от 4 до 200 мкм. Наиболее важны электромагнитные волны, имеющие длину от 8 до 14 мкм, что соответствует длине волн инфракрасной части спектра. Поглощение действия пахучих веществ достигается ультрафиолетовыми лучами и поглощением инфракрасных лучей. Ультрафиолетовые лучи убивают многие запахи, и этим пользуются для очищения воздуха от ненужных ароматов.
Изучение спектра запахов даёт основание считать, что запахи имеют физическую природу. Согласно данным о длине волны, можно приблизительно указать место, где располагаются запахи в инфракрасной и ультрафиолетовой областях шкалы электромагнитных излучений. Таким образом, мысль Ломоносова о «коловратных» движениях частиц эфира как возбудителях органов чувств нашла научное подтверждение.
Приведённые теории дали возможность создать приборы, способные «обонять» букеты запахов, определять сорта вин, кофе, табака, различных пищевых продуктов и т. д. Характеристику каждого запаха можно теперь записывать и воспроизводить с помощью различных технических устройств.
Семь цветов спектра, семь простых звуков и семь компонентов запаха - вот из чего слагается всё многообразие цветов, звуков и запахов. Значит, есть общие закономерности в зрительных, вкусовых, обонятельных ощущениях, т. е. можно получить аккорд не только звуковой и цветовой, но и запаховый.
Контрольные вопросы.
1.В чем заключается связь между запахом вещества и его строение?
2. Как воспринимается запах человеком? От чего зависит распознавание каждого запаха?
3. Как объясняется привыкание человека к стойким и сильным запахам?
4.Рассмотрите внимательно таблицу и приведите примеры запахов в повседневной жизни.
5.Как с точки зрения физики можно объяснить запахи?
