Объясните как распространяется запах в комнате что доказывает это явление
Электромагнитная природа запахов или Волны запаха
Оригинал взят у 
kactaheda в Электромагнитная природа запахов или Волны запаха
Почти 2000 лет назад античный ученый, поэт и философ Тит Лукреций Кар полагал, что в носовой полости есть крошечные поры разного размера и формы. Каждое пахнущее 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 году М.В. Ломоносов в своей работе «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» выдвинул мысль о том, что окончания нервных клеток возбуждают колебания частиц материи. В этом произведении он прямо писал о коловратных (колебательных) движениях частиц эфира как о возбудителях органов чувств, в том числе зрения, вкуса и обоняния.
Понадобились два тысячелетия исканий со времени Лукреция и два века исканий и споров со времени Ломоносова, чтобы их гениальные догадки получили обоснованное подтверждение. Удалось научно установить, что у природы запаха, как и у природы света, двойственный характер: корпускулярный (зависящий от структуры душистого вещества) и волновой.
Развитие химии и физики дало возможность получить наиболее правильное представление о процессе ощущения запахов.
По современным данным, молекулы пахучих веществ поглощают и испускают волны длиной от 1 до 100 микрон. Человеческое же тело при нормальной температуре поглощает и испускает волны длиной от 4 до 200 микрон. Наиболее важны электромагнитные волны, имеющие длину от 8 до 14 микрон, что соответствует длине волн инфракрасной части спектра. Интересно, что поглощение действия душистых веществ достигается ультрафиолетовыми лучами и поглощением инфракрасных лучей. Ультрафиолетовые лучи убивают многие запахи и этим пользуются, когда хотят очистить воздух от ненужных ароматов.
Приведем любопытные примеры, подтверждающие волновую (физическую) «коловратную» природу запаха. Американские ученые доктора Мильс и Бек проделали следующий опыт. Б стенке небольшого ящика установили светофильтр, пропускающий только инфракрасные лучи. Внутрь положили немного меда. Ящик герметически закупорили и вынесли на пасеку. Через некоторое время светофильтр облепили пчелы. Почему? А потому, говорят экспериментаторы, что «радары» пчелиных органов обоняния уловили свойственное меду инфракрасное излучение. Другого объяснения быть не может, ибо ни одна молекула меда не проникла из герметически закрытого ящика наружу.
Другие опыты этими же учеными были проведены с тараканами, помещенными в герметически закрытую клетку, в которой имелось окно из кристалла бромистого калия, пропускающего инфракрасные лучи. Экспериментаторы отметили колебание усиков, как при реагировании на запах. При продувании воздуха через трубку позади кристалла у 15% тараканов наблюдалось колебание усиков. Когда гвоздичное масло пропускали в помещение, совершенно изолированное от насекомых, у 24 % тараканов усики были активными. Опыт в помещении, где пахучее вещество приходило в соприкосновение с тараканами, показал, что 26% из них реагировали на запах. Ученые объясняют такое явление тем, что эти насекомые имеют обонятельный аппарат снаружи в виде длинных волнообразных антенн (усиков), которые служат не столько для обоняния, сколько для «чувствования».
Когда насекомые ощущают запах, происходит колебание антенн, как будто они были возбуждены. Это, по мнению авторов, дает возможность физиологам отметить и даже измерить степень восприятия насекомыми разных запахов. Интересно, что кошка, у которой частично или полностью удалены усы, частично или полностью теряет обоняние.
Энтомолог И.А. Фабри, изучавший в течение шести лет это явление у одного из видов ночных бабочек, проделал такой опыт. Летом с наступлением вечера на балкон уединенной лесной дачи он выносил самку бабочки (в проволочном садке). Не проходило и 30 минут, как к ней отовсюду начинали слетаться самцы. За три вечера их было поймано 64 экземпляра. Сделав пометки красками на спинках самцов, их уносили (в коробках) за 6-8 километров от дачи и там выпускали на волю. Однако через 40-45 минут самцов снова обнаруживали около самки. Опыты повторялись неоднократно, но результат был один. Подозревая, что органами связи у насекомых являются их усики, ученый обрезал насекомым самцам их естественные «антенны» и убедился, что без них они не смогли воспринимать призывы самки и больше не прилетали к ней. Примечательно также явление, которое наблюдалось во время войны: вокруг поднятых над окопами тонких прутиков антенн полевых раций очень часто скапливалось значительное количество насекомых, чаще всего майских жуков, привлеченных издалека антенной как светом.
Таких примеров можно привести множество. Все указанное выше и изучение спектра запахов дало профессору Фролову полное основание писать, что теперь как будто удается не только выявить физическую природу запахов, но и приблизительно указать их расположение в инфракрасной и ультрафиолетовой части шкалы электромагнитных колебаний.
ЛПЗ по теме «Изучение диффузии и распространение запаха в воздухе» (Естествознание,1 курс)
«Изучение диффузии и распространение запаха в воздухе».
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).
Одорология — наука о запахах. Различают несколько направлений одорологии: медицинская, криминалистическая, психологическая.
Термин «запах» имеет два значения:
термин «запах» определяет субъективное восприятие (отображение), возникающее у человека вследствие взаимодействия частиц пахучего вещества с обонятельными рецепторами.
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 2-3 0 С 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 = 
7. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
около включенной лампы
около включенной лампы
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.
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».
Внимательно прочитайте текст по теме « Диффузия». После прочтения текста Вам необходимо ответить на вопросы, решить качественные задачи и выполнить экспериментальное задание.
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.
Первое количественное описание процессов диффузии было дано немецким физиологом
А. Фиком в 1855 году.
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»
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.
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.
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?
Объясните как распространяется запах в комнате что доказывает это явление
На вопрос о механизме распространения запаха практически любQой преподаватель учебного заведения ( да и не только) ответит, что, конечно, это же диффузия. Однако ответ на этот вопрос не является таким очевидным.
Прежде всего, следует сослаться на публикацию в приложении к журналу «Квант» [1]. Там при решении задачи о механизме распространении запах в воздухе говорится о распространении запаха за счет конвекции, но в качестве альтернативы рассмотрено и влияние диффузии на этот процесс.
Попытаемся более подробно разобраться в этом вопросе. Первое, что надо сделать, это построить модель процесса распространения запаха. Начнем с диффузии в газах. ДИФФУЗИЯ (от лат. diffusio – распространение – растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде.
В 1920 году Штерн ставит опыты по определению скоростей теплового движения молекул в опытах с молекулярными пучками. Эти опыты дали для наивероятнейшей скорости молекул серебра значения около 500 м/с. Совершенно ясно, что молекулы в газе не перемещаются поступательно именно с такой скоростью. Внутри вещества находится колоссальное количество молекул. Из основного уравнения МКТ
следует, что концентрация молекул газа равна
.
Рассчитаем концентрацию при нормальном атмосферном давлении и температуре 273 К.
.
Нам невозможно представить себе такое число. Это невообразимо огромная величина, в земных условиях нет такого количества счетных величин. Расстояние, на которое перемещается молекула между двумя последовательными столкновениями, называется ее длиной свободного пробега. В силу хаотичности движения прямолинейные участки траектории, по которой движется молекула, могут сильно различаться по своей длине. Поэтому говорят о средней длине свободного пробега. Длина свободного пробега обратно пропорциональна квадратному корню из концентрации молекул.
.
В воздухе школьного класса при нормальной плотности в течение 1 с молекула испытывает около 1 млрд. столкновений. При этом она постоянно меняет направление своего движения. Как же рассчитать теоретически время поступательного перемещения молекулы в одном направлении?
В какой-то мере диффузию можно уподобить броуновскому движению. Конечно, размер атомов гораздо меньше размера броуновских частиц, но нам кажется, что это не является принципиальным препятствием к проведению некоторых численных оценок.
Броуновское движение молекул подтверждает хаотический характер теплового движения и зависимость интенсивности этого движения от температуры. Впервые беспорядочное движение мелких твердых частиц, наблюдал английский ботаник Р. Броун в 1827 году, рассматривая взвешенные в воде твердые частички – споры плауна. С тех пор, движение частиц в жидкости или газе называется броуновским.
Теория броуновского движения в реальной жизни
Теория случайных блужданий имеет важное практическое приложение. Говорят, что в отсутствие ориентиров (солнце, звезды, шум шоссе или железной дороги и т.п.) человек бродит в лесу, по полю в буране или в густом тумане кругами, все время возвращаясь на прежнее место. На самом деле он ходит не кругами, а примерно так, как движутся молекулы или броуновские частицы. На прежнее место он вернуться может, но только случайно. А вот свой путь он пересекает много раз. Рассказывают также, что замерзших в пургу людей находили «в каком-нибудь километре» от ближайшего жилья или дороги, однако на самом деле у человека не было никаких шансов пройти этот километр, и вот почему.
Чтобы рассчитать, насколько сместится человек в результате случайных блужданий, надо знать величину λ, т.е. расстояние, которое человек может пройти по прямой, не имея никаких ориентиров. Эту величину с помощью студентов-добровольцев измерил доктор геолого-минералогических наук Б.С. Горобец. Он, конечно, не оставлял их в дремучем лесу или на заснеженном поле, все было проще – студента ставили в центре пустого стадиона, завязывали ему глаза и просили в полной тишине (чтобы исключить ориентирование по звукам) пройти до конца футбольного поля. Оказалось, что в среднем студент проходил по прямой всего лишь около 20 метров (отклонение от идеальной прямой не превышало 5°), а потом начинал все более отклоняться от первоначального направления. В конце концов, он останавливался, далеко не дойдя до края.
Пусть теперь человек идет (вернее, блуждает) в лесу со скоростью 2 километра в час (для дороги это очень медленно, но для густого леса – очень быстро), тогда если величина λ равна 20 метрам, то за час он пройдет 2 км, но сместится всего лишь на 200 м, за два часа – примерно на 280 м, за три часа – 350 м, за 4 часа – 400 м и т. д. Двигаясь по прямой с такой же скоростью, человек за 4 часа прошел бы 8 километров.
Далее следует вспомнить работы А. Эйнштейна и М. Смолуховского [2]. Именно они для броуновского движения получили выражение для среднеквадратичного смещения частицы вдоль произвольного направления:
,
здесь 
– коэффициент диффузии, t – время движения частицы. Зная коэффициент диффузии в газах D, и, задавая расстояние R, можно оценить время прохождения частицей этого расстояния.
Если для коэффициента диффузии паров спирта в воздухе взять величину D=10-5 м2/с, для расстояния R=1 м, то получим время t
5⋅104 с = 13,9 ч. Это достаточно красноречивый результат.
С другой стороны, нельзя ли рассматривать распространение запаха в условиях нарушения равновесности состояния среды (например, при наличии градиента концентрации)? Ведь согласно уравнения состояния идеального газа (1), и при наличии градиента концентрации в изотермической среде появляется градиент давления, который может привести к появлению конвекционных гидродинамических потоков внутри отдельных областей газа. В этом случае уже приходится говорить о конвекции, как основном механизме распространения запаха. Например, в условиях тепловой конвекции видно, что дым от сигарет достаточно быстро распространяется во все стороны, а не только вверх, под действием силы Архимеда, или вниз под действием силы тяжести. Правда, в этом случае речь идет о тепловой конвекции.
Перенос вещества, обусловленный одновременно молекулярной диффузией и макроскопическим движением среды (конвекцией), называется конвективной диффузией.
Конвективная диффузия может быть вызвана как действием на систему разности давлений, так и гравитационным полем. Если идет речь о сигаретном дыме, то мы имеем дело с конвективной диффузией, вызванной действием силы тяжести. В нашем случае при распространении запаха мы, вероятнее всего, имеем дело с конвективной диффузией, вызванной разностью давлений в различных частях среды. Механизм этого процесса достаточно сложен и выходит за рамки школьного курса физики.
Во второй части нашей статьи мы рассмотрим эксперимент, который был поставлен для выяснения роли конвективной диффузии в распространении запаха.
Почему запах духов чувствуется на расстоянии
Как приятно открыть флакон любимых духов и ощутить их волшебный запах. Еще лучше нанести этот чудесный аромат на тело или одежду и радовать им не только себя, но и окружающих людей. Ведь радостью всегда хочется поделиться, не так ли?
А вы никогда не задумывались над тем, почему аромат духов чувствуется на расстоянии, а не только вблизи своего источника? Нам вот стало интересно, и мы попытались разобраться в этом вопросе. И по традиции спешим поделиться своими знаниями с вами, наши любимые читатели.
Свои исследования, как и полагается, мы начали с главного – с определения понятия «запах».
Запах духов: что это такое с физической точки зрения
Запах – это не что иное, как молекулы летучих душистых веществ, улавливаемых обонятельными рецепторами нашего носа при вдохе.
Парфюм, как известно, представляет собой смесь различных душистых веществ, которые, улетучиваясь, попадают на наши обонятельные рецепторы, вследствие чего мы чувствуем запах этих духов.
Другой вопрос, как они туда попадают.
В частности, не понятно, как молекулы душистого вещества оказываются в нашем носу, если специально мы их не вдыхаем и даже, более того, находимся на некотором расстоянии от источника запаха.
Ответ на этот вопрос лежит в плоскости физики.
Чем объяснить распространение запаха духов
На школьных уроках физики процесс распространения запаха духов детям объясняют таким явлением, как диффузия.
Диффузия – это процесс обоюдного проникновения молекул одного вещества в свободные промежутки между молекулами другого вещества, приводящий к выравниванию концентрации обоих веществ во всем занимаемом объеме.
В случае с духами, улетучиваясь, молекулы душистых веществ смешиваются с молекулами воздуха, постепенно заполняя ароматом всю комнату.
Однако все не так просто, как кажется на первый взгляд.
Не вдаваясь в подробные математические расчеты, скажем, что с помощью только диффузии запах духов на расстояние 4-5м от источника распространялся бы около суток.
Однако мы обычно улавливаем его на другом конце комнаты меньше, чем через минуту.
Как объяснить такое быстрое распространение аромата в воздухе
Чтобы разобраться в этом вопросе, нам следует обратить внимание на другое физическое явление – конвекцию.
Конвекция – это вид теплообмена между более холодным и более теплым воздухом, приводящий к постоянному движению потоков воздушных масс. Например, в помещении воздух возле окон, внешних стен, вентиляционных решеток более холодный, чем в других частях комнаты. Следовательно, воздух в комнате постоянно находится в движении, хоть мы этого и не видим.
В разрезе нашей темы это значит, что диффундирующие облака частиц подхватываются мигрирующими воздушными потоками и таким образом быстро распространяются по всему помещению. На открытых пространствах происходит тот же процесс: аромат диффундирует и распространяется конвективными потоками воздуха до тех пор, пока его концентрация в воздухе не уменьшиться на столько, что мы перестанем его распознавать.
И что же нам дает это знание?
Согласно математическим расчетам распространение запаха в помещении на 4-5м с учетом конвекции произойдет примерно за 1 минуту, что в принципе довольно близко к тем данным, которые мы получили бы опытным путем.
Таким образом, именно явлением конвекции можно объяснить столь быстрое распространение аромата в воздухе. И именно конвекция, а не диффузия, как принято считать, играет главную роль в этом процессе.
Ну, что ж, теперь вы знаете, почему запах духов чувствуется на расстоянии.
Как видите, никакой магии, обычная физика. Чего не скажешь о влиянии ароматов на психо-эмоциональное состояние человека – вот где настоящие чудеса, но это уже совсем другая история 🙂
почему распространяется запах?
Обонятельный процесс у млекопитающих включает в себя следующие стадии:
— попадание молекул пахучего вещества в обонятельный орган;
— процесс концентрации вещества на слизистой оболочке;
— взаимодействие между молекулами пахучего вещества и рецепторными клетками;
— передача электрического сигнала в мозг;
— обработка сигнала в нейронах.
Считается, что сила ощущаемого запаха зависит от числа контактов вдыхаемых пахучих частиц с нервными окончаниями и, соответственно, числа поступающих в мозг импульсов. То есть, чем больше молекул пахучего вещества будет донесено потоком вдыхаемого воздуха до рецепторов обонятельной зоны, расположенной в глубине верхних дыхательных путей собаки, тем более сильный запах она ощутит.
Характерно, что сравнительно небольшое число типов рецепторов (от 7 до 30 у млекопитающих) соответствует широкому ряду анализируемых запахов. Видимо каждый конкретный запах воспринимается сразу несколькими типами рецепторов и именно взаимодействие молекулы пахучего вещества с теми или иными типами рецепторов позволяет различать всё то богатство запахов, которое мы ощущаем.
Пахучие вещества могут взаимодействовать с рецепторами как в газообразном состоянии, то есть в виде отдельных молекул, так и в виде кластеров, или в виде молекул, сорбированых поверхностью аэрозольных частиц. При спокойном дыхании только малая толика вдыхаемого воздуха (а вместе с ним и молекул пахучих веществ) достигает обонятельной области. В результате принюхивания (интенсивного втягивания воздуха) образуются вихревые воздушные потоки, достигающие тех областей верхних дыхательных путей, где расположены обонятельные области. Экспериментально показано, что чувствительность обонятельных клеток при влажности воздуха 60% и температуре +20° С максимальна.
Основными физическими механизмами распространения запахов являются диффузия и конвекция.
Конвекция (по латыни — «перемешивание» ) состоит во взаимном перемещении, перемешивании макрообъемов воздуха. Различают конвекцию естественную и вынужденную. Естественная конвекция — это подъём, «всплывание» нагретых воздушных масс. Пример — дым костра. Вынужденная конвекция — это движение воздушных масс под действием внешних сил отличных от выталкивающей силы. Например, ветер, сквозняки, потоки воздуха от вентиляторов.
Диффузией, в свою очередь, называется, обусловленный хаотическим тепловым движением молекул, процесс постепенного взаимного проникновения двух веществ, граничащих друг с другом.
Из этого можно сделать вывод, что в большинстве случаев запах переносится от источника до органов обоняния воздушными массами, движущимися под действием конвекции и только в отдельных специфических случаях, когда речь идёт о проникновении запаха через пористые, зернистые или волокнистые среды, ведущим механизмом переноса запаха является диффузия.