Номер 63, страница 13 - гдз по физике 7 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Первоначальные сведения о строении вещества. Диффузия в газах, жидкостях и твёрдых телах - номер 63, страница 13.

Условие.

► 63. Изобразите на рисунке или с помощью компьютера модель явления диффузии.

Решение.

Диффузия — это процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. В основе этого явления лежит непрерывное и хаотическое тепловое движение частиц вещества (атомов, молекул, ионов).

Для создания модели явления диффузии можно использовать классический пример смешивания двух жидкостей, например, капли краски в стакане с водой. Модель можно изобразить в виде последовательности рисунков, отражающих состояние системы в разные моменты времени.

Модель диффузии (на примере краски в воде):

1. Начальный момент времени ($t_0$).
В стакане с водой (молекулы воды можно представить как множество маленьких синих кружков, находящихся в постоянном хаотическом движении) на дне находится капля краски (молекулы краски — множество красных кружков, плотно сгруппированных вместе). Между областью с краской и остальной водой существует чёткая граница. Концентрация краски в капле максимальна, а в остальном объёме воды равна нулю.
Рисунок 1: Стакан с синими кружками, внизу которого находится плотное скопление красных кружков.

2. Промежуточный момент времени ($t_1 > t_0$).
Благодаря непрерывному и хаотическому тепловому движению, молекулы краски начинают проникать в пространство между молекулами воды, а молекулы воды — в область, где была краска. Красные кружки начинают распространяться от места их первоначальной концентрации в стороны, смешиваясь с синими. Граница между окрашенной и неокрашенной жидкостью становится размытой.
Рисунок 2: Красные кружки начинают рассеиваться из нижней части стакана вверх и в стороны, перемешиваясь с синими. Плотность красных кружков внизу уменьшается, но они появляются на некотором расстоянии от первоначального места.

3. Конечное состояние — равновесие ($t_2 \gg t_1$).
По прошествии достаточного количества времени молекулы краски равномерно распределяются по всему объёму воды. В любой части стакана будет находиться примерно одинаковое количество молекул обоих веществ. Система приходит в состояние термодинамического равновесия, и дальнейшего направленного перемещения вещества не происходит. Жидкость в стакане становится однородно окрашенной.
Рисунок 3: Красные и синие кружки равномерно перемешаны по всему объёму стакана.

Эта модель иллюстрирует ключевые аспекты диффузии: она происходит за счёт собственного движения частиц, является самопроизвольным процессом и всегда направлена от области с высокой концентрацией вещества к области с низкой концентрацией до тех пор, пока концентрация не выровняется по всему объёму.

Ответ: Модель явления диффузии можно изобразить в виде трёх последовательных состояний: 1) начальное, где два вещества разделены и имеют разную концентрацию; 2) промежуточное, где из-за хаотического теплового движения частицы одного вещества начинают проникать в другое, размывая границу; 3) конечное, где частицы равномерно перемешиваются, и концентрация вещества выравнивается по всему объёму.