Судың агрегаттық күйлері мен диффузия құбылысын зерттеу, ғылыми жоба

Бағыты: Физика

Тақырыбы:

<<Судың агрегаттық күйлері мен диффузия құбылысын зерттеу>> 

Мазмұны

Кіріспе

І тарау.  Судағы диффузия құбылысын зерттеу

1.1. Суық судың жасыл бриллант ерітіндісімен боялуы

1.2. Ыстық судың жасыл бриллант ерітіндісімен боялуы

ІІ тарау. Судың агрегаттық күйлері;

2.1. Судың қатаю және балқу температурасын анықтау;

Қорытынды

3.1. Болашаққа су қорын сақтау.

Пікір

Бүгінгі күнге физика ғылымының өмірде алатын орны ерекше. Сондықтан болашаққа су қорын сақтау мақсатында оқушы зерттеу жұмысының тақырыбын судың агрегаттық күйлері мен диффузия құбылысымен байланыстырып отыр.

Ғылыми жұмысты жазу барысында оқушы бар үлесін қосып, зерттеу жұмысын қызығушылықпен орындады.

Бүгінгі күнге, өкінішке орай, судың ластануы көп түрлі. Сондықтан,оқушы  судың диффузиясын және агрегаттық күйінің өзгеруін зерттей отырып, адамзаттың Қазақстан экологиясының мәселесіне көздерін жеткізіп отыр.

Түйіндеме

Болашаққа су қорын сақтау мақсатында ғылыми жоба жұмысының тақырыбын судың агрегаттық күйлері мен диффузия құбылысымен байланыстырып отырмыз.

Зерттеу жұмысында судың агрегаттық күйлері мен диффузия  құбылысы туралы білімдерін негізге ала отырып зерттеу жасалған.  Берілген жұмыста диффузия туралы мәліметті бере отырып, молекулалардың қозғалысы температураға тәуелді екені негізге алынған.   Тәжірибе жүзінде  судың қатаю температурасын анықтай отырып, оның қатты күйінен сұйық күйіне өткендегі құбылысы бақыланды. Ластанған судағы қатаю процесі баяу жүретіні тексерілді.

Кіріспе

Тақырыптың өзектілігі:

Тірі және өлі табиғатты жүретін түрлі процестер мен құбылыстардың адам тіршілігіне жұмсалатын заттардың ішінде судың маңызы зор. Дүниежүзілік су қорларының ластануы бүкіл адамзат қауымын алаңдатып отыр. Бұл мәселе Қазақстанға тән. Бүгінгі күнге, өкінішке орай, судың ластануы көп түрлі әрі ең соңында су экожүйесін бүлдірумен аяқталатын өзекті мәселе болып отыр.

Жұмыстың  мақсаты:

Судың баға жетпес байлық екенін біле отырып,  оның диффузиясын және агрегаттық күйлерінің өзгеруін тәжірибе жүзінде  тексеру.

Зерттеу жұмысының міндеттері:

1. Ғылыми әдебиеттермен жұмыс істеу дағдыларын игеру;
2. Ғылими әдебиеттерді басшылыққа ала отырып, судың кейбір физикалық қасиеттерін сипаттау;
3. Суды тазарту тәсілдерін оқып – үйрену;
4. Зерттеу жұмыстарының дағдыларын игеру. 

Гипотеза-Ғылыми-техникалық жаңалықтарды ашуда физиканың маңызды екеніне көз жеткізе отырып, физика ғылымының салаларын дамыту керектігін дәлелдеу болып табылады.

Нәтижелері:

1. Судың қасиеттері сипатталады;
2. Тәжірибені талдау барысында диффузия құбылысы заттың температурасына тәуелді екені дәлелденеді;
3. Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеруі тәжірибе арқылы тексеріліп және судың тазалығының деңгейіне қарай судың қатаю уақыты бақыланады.

                               Зерттеу кезеңдері:

Кіріспе

І тарау.  Судағы диффузия құбылысын зерттеу

1.1. Суық судың жасыл бриллант ерітіндісімен боялуы

1.2. Ыстық судың жасыл бриллант ерітіндісімен боялуы

ІІ тарау. Судың агрегаттық күйлері;

2.1. Судың қатаю және балқу температурасын анықтау;

Қорытынды

3.1. Болашаққа су қорын сақтау.

Судың қасиеттері

Тірі және өлі табиғатта жүретін түрлі процестер мен құбылыстардың адам тіршілігіне жұмсалатын заттардың ішінде судың маңызы зор. Мұздарды, батпақтарды қосып есептегенде, жер бетінің  77,5 %-ін су алып жатыр. Су қорларына – мұхиттар, теңіздер, көлдер, жер асты сулары, мұздықтар, атмосферадағы ылғал кіреді. Жер бетіндегі биологиялық өнімдердің 43% –ін, ал оттегінің 50% –ін мұхиттар мен теңіздер береді.

Су — иіссіз, дәмсіз көбінде түссіз мөлдір сұйықтық. Судың химиялық формуласы: H₂O. Су молекуласының массасы — 18,0160 г/моль

     Су — табиғи ортада заттардың үш тірлі агрегаттық күйлерінде бола алатын жалғыз ғана белгі зат, тіршіліктің көзі.

     Су — бірегей еріткіш. Көптеген тұздар мен соған ұқсас қоспаларды ерітеді. Басқа ешқандай сұйықтық судың еріткендеріндей мөлшерде еріте алмайды.

     Су — тұрақты, мығым зат. Оны қышқылдандыру, ыдырату, жағу және бөліктерге жіктеп тастау өте қиын.

     Су барлық металдарды дерлік қышқылдандыра алады. Тау жыныстарын бұзып, бүлдіре алады.

Тұщы су 0°C деңгейінде қатады және балқиды.

      Су өзінің бойына көп жылуды сіңіріп, аздаған деңгейде ғана жылына алады. Судың ішкі жасырын жылуы болады. Судың қызуы 100°C болғанда қайнайды, буға айналу процесі қарқынды түрде жүреді.

Дистилляцияланған су токты әлсіз өткізеді. Бірақ аздаған мөлшердегі тұздардың қоспасы оны өткізгішке айналдыра алады.

Мұз — судың қатқан күйіндегі қалпы. Пайда болған жеріне байланысты мынадай мұздар болады: атмосфералық мұз (қар, қырау, қиыршық, бұршақ); су мұзы — судың бетінде (қабыршақ мұз, жамылғыш мұз) және әр түрлі тереңдікте (су ішіндегі мұз) пайда болатын мұз; топырақ мұзы, (тоң) — қатқан ылғалды топырақтарда пайда болады; глетчерлік мұз — мұздықтар жатқан жерлердегі қатты тығыздалған және қайтадан кристалданған қардан пайда болған мұз.

1. 1. Судың диффузиясын тәжірибе жүзінде зерттеу
2.               Жұмыс кезеңдері

1. Әдебиеттерді таңдап алу
2. Қажетті құрал жабдықтарды дайындап алу
3. Тәжірибе жүргізу, бақылау
4. Тиісті қорытынды шығару

Зерттеу жұмысының мақсаты: Судың диффузиясын және конвекциясын зерттеу .

Болжамдары. Тыңдаушылардың қабылдауына түсінікті етіп, диффузиялық әрекет қалай жүзеге асатынын түсіну

           Қажетті құралдар мен материалдар: екі стакан,  жасыл бриллиант ерітіндісі, ыстық және суық су, секундомер,сызғыш.

Диффузия деп аталатын физикалық құбылыс  молекулалардың  қозғалысымен байланысты .

          Диффузия – зат  бөлшектерінің бейберекет қозғалысы салдарынан бір заттың молекулалары( атомдарының) екінші заттың молекулааралық (атомаралық) кеңістігіне өзара ену құбылысы.

Қатты денелердегі , сұйықтықтардағы  немесе газдардағы диффузия молекулалардың қозғалыс жылдамдығына байланысты жылдамырақ немесе баяу өтеді.

Тәжірибе барысы:

1.Судағы зат бөлшектерінің  үнемі қозғалыста болатынын тәжірибе арқылы байқауға болады. Шыны ыдысқа суық су құйып, оның түбіне бір тамшы жасыл бриллиант  ерітіндісі тамызылды.

2. Суды араластырмағанда, шамамен 20 минут уақыт өткеннен кейін, жасыл бриллиант молекулалары судың астыңғы қабатына жетті, ал ыстық суда йод молекулалары судың астыңғы қабатына 1 минутта жетті.
3. Әр минут сайын боялған және таза сулардың шекаралары сызғышпен өлшеніп отырды.  Уақыт өтуіне қарай осыны бақыладым:

А-қосымшасы,

В-қосымшасы

Яғни, температурасы жоғары су 1 минуттан кейін жасыл түске толық боялғанын көруге болады.

С-қосымшасы

             Тәжірибелер соңындағы қорытынды:

1. Біздің жасыл бриллиантпен жасаған тәжірибемізде оның тамшыларының сумен араласқандағы диффузиясы бақыланды.Уақыт өтуіне қарай суық судағы жасыл бриллиант  молекулалары бүкіл көлемге жайылды. Әрине, егер судың температурасы жоғары болған сайын жасыл бриллиант  молекуларының сумен араласуы жылдам жүреді, оны тәжірибе арқылы дәлелдедік.
2. Жасыл бриллиант ерітіндісінің тамшыларын ыстық және суық суға тамызғанда диффузия жылдамдығы әртүрлі болды.Ыстық судағы жасыл бриллиант ертіндісінің молекулалары суық судағы молекулаларға қарағанда жылдам қозғалғандықтан, судың түсі тез боялды. Бұдан, тәжірибе көрсеткендей, диффузияның температура жоғарылаған  сайын интенсивті жүретінін байқадық.
3. Судағы диффузия қатты денелерге қарағанда жылдамырақ өтеді.Өйткені сұйық молекулалары тербелмелі ғана емес,бейберекет қозғалыс жасайды: айналасындағы бөлшектердің әсерінен молекула өзінің өлшемінен үлкен ара-қашықтыққа орнын ауыстырып, тепе-теңдік қалпын өзгертеді.
4. Су молекулаларының қозғалыс жылдамдығы неғұрлым үлкен болса, оның температурасы да соғұрлым жоғары болады.
5. Диффузия деп аталатын физикалық құбылыс молекулалардың  қозғалысымен байланысты. Киіз дайындау үшін жүнді бояу,етті немесе  балықты тұздау,қанттың суда еруі, гүл иісінің таралуы, осының барлығы диффузияның байқалу мысалдары болып табылады. 

• Судың қатаюын және оның қатты күйіндегі балқуын зерттеу

Жұмыс мақсаты:

Тәжірибе жүзінде  судың қатаю температурасын анықтай отырып, оның қатты күйінен сұйық күйіне өткендегі құбылысын бақылау.

 Қажетті құралдар мен материалдар: мұздатқыш,  мұз қатыратын ыдысы, термометр,  үш  стақан.

Тәжірибе барысы:

1. Үш ыдысқа таза және әр түрлі деңгейіне қарай ластанған су құйылып, мұздатқышқа қоямыз. Уақыт өтуіне қарай ең бірінші таза судың беті қата бастағанын бақыладым. Судың бетіне мұз қата бастағандағы температурасын термометрмен өлшейміз. Ол температура 0 ⁰С –қа тең болды.
2. 20 минуттан кейін таза судың қатқан беті бақыланды, оның қалыңдығы шамамен 2-3 мм-ге тең болды.
3. 30 минуттан кейін 2-ші ыдыстағы судың қатқан беті бақыланды, оның қалыңдығы шамамен 1-2 мм-ге тең болды.
4. 50 минуттан кейін 3-ші ыдыстағы судың  қатқан беті бақыланып, оның қалыңдығы шамамен 2 мм-ге жетті.
5. Судың толық қатқан уақыты: 1-ші 60минутта, 2-ші 70минутта, 3-ші 90минутта.
6. Ыдыстағы қатқан мұзды алып, стақанға салып  мұздың суға    айналу, яғни балқу  температурасын  анықтаймыз. Ол температура   да     0 ⁰С –қа тең болды.

D-қосымшасы,

Е-қосымшасы.

Тәжірибе соңындағы  қорытынды:

1. Судың қатаю және балқу температурасы 0⁰С-қа тең екенін тәжірибе жүзінде дәлелдедік.
2. Судың мұз болып қатқан кезде көлемін ұлғайтатыны анық. Қатты дене ретінде мұз суға батпайды, яғни, салмағы сұйықтықтан азырақ болады.
3. Тұщы су 0°C деңгейінде қатады, 100°C деңгейінде қайнайды.
4. Су неғұрлым лас болса, оның бір күйден, екінші күйге айналу процесінің жылдамдығы баяулайды.

4.Су — табиғи ортада заттардың үш түрлі агрегаттық күйлерінде бола алатын жалғыз ғана белгілі зат, тіршіліктің көзі.

Болашаққа су қорын сақтау

Өмір бойына ластанған суға тап болған адам оны ішу үшін суды қандай тәсілмен сүзу керек екендігін ойластыра бастады. Бұдан шығу жолын судың өзі көрсетті. Судың жоғары температура кезінде буға айналу қасиеті бар. Осындай тәсілмен судың құрамында бар көптеген өзге бөлшектерден бөлу шешілді. Бұндай суды тазалау үрдісі дистиляция, ал құралдың өзі дистилятор деп аталды.

Тазартылған су толық сүзілген сұйықтық болып саналады. Бұнда қоспалардың, тұздар мен қатты бөлшектердің ең аз мөлшері ғана бар. Дегенмен тазартылған суда қосымша құрауыштар толық жоқ деп айтуға болмайды.

Судың өзге құрауыштармен тез өзара қарым-қатынасқа түсу қасиеті бар. Ал бұл суды дистиллятор арқылы айдағанда, осы металдар атомы ең кішкентай мөлшерде суға түсуі мүмкін. Дегенмен бұл судың таза болуына кедергі келтірмейді. Су жүз пайыз ешқандай қоспасыз болуы үшін суды деиондайтын арнайы қондырғылар пайдаланылады. Сондай-ақ өте таза суды дистиллятордан бірнеше рет өткізу арқылы да алуға болады. Солайша бидистиллят алынады. Дистилденген суды, әдеттегідей, өнеркәсіпке немесе медицинаға алады. Осылай тазартылған су негізінде кейбір дәрілер жасалады. Ал кішкентай электр өткізу қабілетінің арқасында дистилденген су өндірісте таптырмайтын зат.
Дистелденген суды адам үшін тұрақты түрде қолдануға қатысты әр жақты пікірлер бар.

Дүниежүзілік су қорларының ластануы бүкіл адамзат қауымын алаңдатып отыр. Бұл мәселе Қазақстанға да тән. Судың ластануы көп түрлі әрі ең соңында су экожүйесін бүлдірумен аяқталады.

Су айдындарының ластануын былайша топтайды:биологиялық, химиялық және физикалық ластану. Судың сапасы, ластану деңгейі үнемі бақылауға алынып отырады. Жер асты суларында әртүрлі жұқпалы аурулар тарататын микробтар, вирустар кездеседі. Қазақстан жағдайында өзен-көлдердің ластануы көбіне өнеркәсіп шоғырланған аймақтарда, полигондар мен мұнай-газ өндіретін жерлерде жаппай сипат алуда. Өзендердің ішінде Ертіс су алабы, Өскемен қорғасын –мырыш комбинаты, Ленинагор қорғасын зауыты, Березов кені, Зырьян зауыты секілді өндіріс орындарының сарқынды лас суларымен ластануда. Су құрамында қорғасын, мырыш, сынап, тағы басқа ауыр металдар шекті мөлшерден асып кетуі жиі байқалады. Іле-Балқаш бассейіннің суының сапасы да мәз емес.

     Судың қасиетін біле отырып, оны қастерлейік. Суды шашпайық, қадірін терең түсінейік және келер ұрпаққа сақтауға шақырамын!

А-қосымшасы

 Суық судың жасыл бриллант ерітіндісімен боялуы

 В-қосымшасы

 Ыстық судың жасыл бриллант ерітіндісімен боялуы

 С-қосымшасы

D-қосымшасы,

Е-қосымшасы.

Глоссарий

1. Диффузия – зат бөлшектерінің бейберекет қозғалысы салдарынан бір заттың молекулалары( атомдарының) екінші заттың молекулааралық (атомаралық) кеңістігіне өзара ену құбылысы.
2. Конвекция- (лат. convectio— әкелу, жеткізу)-сұйықтың немесе газдың ағыны арқылы энергияның тасымалдануы барысында жылу алмасу процесі.
3. Дистиляция-сұйық қоспаларды құрамы жөнінен әр басқа фракцияларға ажырату үрдісі.
4. Дистилденген су- айдау арқылы тазартылған су.
5. Дистиллятор- сұйық қоспаларды құрамы жөнінен әр басқа фракцияларға ажырататын жинақталған құрылғы. Қоспа құрамбөліктерінің қайнау температураларының әр түрлі болуына негізделеді.
6. Бидистиллят- Бидистиллят – екі қайтара айдалған су. Аса таза заттармен жұмыс істегеңде пайдаланылады.