Условие
Каплю краски капнули в два одинаковых стакана воды: в холодную (около 10 градусов Цельсия) и в горячую (около 60 градусов Цельсия). В холодной воде вода окрасилась за 200 секунд, в горячей — за 40 секунд. Объясни, почему так получилось, и оцени, во сколько раз быстрее прошёл процесс в горячей воде.
Что известно и что ищем
- Известны две температуры и два времени: 200 секунд и 40 секунд.
- Ищем не формулу, а объяснение через строение вещества и во сколько раз различаются времена.
- Обе воды одинаковые по массе и по веществу, значит, различие может быть только из-за температуры.
Ход решения
- Шаг 1. Вспоминаем положение молекулярно-кинетической теории: частицы вещества движутся непрерывно и беспорядочно, а температура показывает, как быстро они движутся в среднем.
- Шаг 2. В горячей воде частицы движутся быстрее, значит, частицы краски чаще и быстрее проникают между частицами воды. Это и есть диффузия — взаимное проникновение частиц одного вещества между частицами другого.
- Шаг 3. Считаем, во сколько раз разошлись времена: 200 секунд делим на 40 секунд, получаем 5. В прогретой воде процесс прошёл примерно в пять раз быстрее.
- Шаг 4. Проверяем объяснение на прочность: если бы причина была в перемешивании, результат зависел бы от того, кто и как мешает, а не от температуры. Здесь менялась только температура, поэтому дело именно в скорости движения частиц.
- Шаг 5. Отмечаем предел рассуждения: строго говоря, скорость диффузии растёт не строго пропорционально температуре, поэтому вывод «примерно в пять раз» — оценка по опыту, а не точный закон.
Проверь себя
- Ответ: диффузия в горячей воде идёт быстрее, потому что частицы движутся быстрее; в этом опыте время сократилось в пять раз.
- Проверка вывода: температура выросла с 10 до 60 градусов по шкале Цельсия, то есть на 50 градусов, а время сократилось в пять раз — изменения одного порядка, значит, объяснение согласуется с опытом.
- Ловушка: сказать, что в горячей воде «молекулы воды двигаются, а в холодной стоят». Частицы движутся всегда; меняется только скорость этого движения.
Как объяснить ребёнку
«Представь, что частицы воды — это толпа. В холодной воде толпа стоит спокойно, и человеку с краской трудно протиснуться. В горячей все бегут, толкаются, и пройти получается гораздо быстрее. Частицы краски точно такие же: чем быстрее бегут соседи, тем скорее они разойдутся по всему стакану».
Тема для отчёта родителю
«Диффузия и температура: почему в горячей воде всё происходит быстрее».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.