Проводим опыты, страница 26 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Строение вещества. Параграф 7. Броуновское движение. Диффузия. Вопросы - страница 26.

Условие.

Решение.

Данное задание описывает лабораторную работу по наблюдению явления диффузии и определению её скорости. Диффузия — это процесс взаимного проникновения молекул одного вещества в другое вследствие их хаотичного теплового движения. В этом эксперименте мы наблюдаем, как молекулы перманганата калия ($KMnO_4$, марганцовки) распространяются в объеме воды.

Для выполнения задания необходимо провести следующий эксперимент:

1. Взять прозрачный стакан и аккуратно положить на его дно одну или несколько крупинок марганцовки.

2. Осторожно и медленно, чтобы не вызвать перемешивания, налить в стакан холодную воду. Лучше всего лить воду по стенке стакана.

3. Сразу после того, как вода будет налита, запустить секундомер или зафиксировать начальное время.

4. Наблюдать за процессом. Кристаллы марганцовки начнут растворяться, и вокруг них образуется область интенсивно окрашенной в фиолетовый цвет воды. Постепенно эта окраска будет распространяться вверх, против силы тяжести, что и является проявлением диффузии.

5. Зафиксировать момент времени, когда окраска достигнет верхнего слоя воды. Этот процесс может быть длительным, занимая несколько часов.

6. Измерить линейкой высоту столба воды $\text{h}$ в стакане от дна до поверхности.

7. Рассчитать скорость диффузии по формуле $v = h/t$, где $\text{h}$ — высота уровня воды, а $\text{t}$ — время, за которое окраска распространилась на эту высоту.

Поскольку реальный эксперимент не может быть проведен здесь, для примера расчета воспользуемся правдоподобными данными, которые могли бы быть получены в ходе такого опыта.

Дано:

Высота уровня воды в стакане: $h = 10 \text{ см}$
Время распространения окраски: $t = 3 \text{ часа}$

Переведем все данные в Международную систему единиц (СИ):
$h = 10 \text{ см} = 0.1 \text{ м}$
$t = 3 \text{ часа} = 3 \times 3600 \text{ с} = 10800 \text{ с}$

Найти:

Скорость протекания диффузии $\text{v}$.

Решение:

Скорость диффузии можно оценить как среднюю скорость перемещения фронта окрашенной жидкости. Будем считать это движение равномерным и воспользуемся основной формулой для расчета скорости:

$v = \frac{s}{t}$

В данном эксперименте пройденный путь $\text{s}$ равен высоте столба воды $\text{h}$. Таким образом, формула примет вид:

$v = \frac{h}{t}$

Подставим числовые значения из условия в систему СИ:

$v = \frac{0.1 \text{ м}}{10800 \text{ с}} \approx 0.00000926 \text{ м/с}$

Полученное значение очень мало, поэтому для удобства восприятия его можно выразить в других единицах, например, в миллиметрах в минуту:

$v \approx 9.26 \times 10^{-6} \frac{\text{м}}{\text{с}} \times 1000 \frac{\text{мм}}{\text{м}} \times 60 \frac{\text{с}}{\text{мин}} \approx 0.55 \frac{\text{мм}}{\text{мин}}$

Важно отметить, что скорость диффузии зависит от многих факторов, в первую очередь от температуры (в горячей воде процесс шел бы значительно быстрее), а также от вязкости жидкости и размера диффундирующих частиц. Полученная нами величина является оценочной.

Ответ: Скорость протекания диффузии, рассчитанная на основе примерных данных, составляет приблизительно $9.26 \times 10^{-6} \text{ м/с}$ или $0.55 \text{ мм/мин}$.