Դիֆուզիան լատիներենից թարգմանվում է որպես բաշխում կամ փոխազդեցություն: Դիֆուզիան շատ կարևոր հասկացություն է ֆիզիկայում: Դիֆուզիայի էությունը մեկ նյութի մոլեկուլների ներթափանցումն է մյուսների մեջ: Խառնման գործընթացում երկու նյութերի կոնցենտրացիաները հավասարվում են՝ ըստ նրանց զբաղեցրած ծավալի։ Ավելի մեծ կոնցենտրացիա ունեցող տեղից նյութը տեղափոխվում է ավելի ցածր կոնցենտրացիա ունեցող տեղ, դրա շնորհիվ կոնցենտրացիաները հավասարվում են։ Հաշվի առնելով, թե ինչ է դիֆուզիան, պետք է անցնել այնպիսի պայմանների, որոնք կարող են ազդել այս երևույթի արագության վրա:

Դիֆուզիայի վրա ազդող գործոններ

Հասկանալու համար, թե ինչից է կախված դիֆուզիան, հաշվի առեք դրա վրա ազդող գործոնները:

Դիֆուզիոն կախված է ջերմաստիճանից։ Դիֆուզիայի արագությունը կավելանա ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, քանի որ ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց կաճի մոլեկուլների շարժման արագությունը, այսինքն՝ մոլեկուլներն ավելի արագ կխառնվեն։ Նյութի ագրեգատ վիճակը նույնպես կազդի, թե ինչից է կախված դիֆուզիան, այն է՝ դիֆուզիայի արագությունը: Ջերմային դիֆուզիան կախված է մոլեկուլների տեսակից։ Օրինակ, եթե առարկան մետաղական է, ապա ջերմային դիֆուզիան ավելի արագ է ընթանում, ի տարբերություն այն, եթե այս առարկան պատրաստված է սինթետիկ նյութից։ Պինդ նյութերի միջև դիֆուզիան շատ դանդաղ է ընթանում: Դիֆուզիան մեծ նշանակություն ունի բնության և մարդու կյանքում:

Դիֆուզիայի օրինակներ

Ավելի լավ հասկանալու համար, թե ինչ է դիֆուզիան, եկեք դիտարկենք այն օրինակներով: Նյութերի մոլեկուլները, անկախ դրանց ագրեգացման վիճակից, անընդհատ շարժման մեջ են։ Հետևաբար, դիֆուզիոն տեղի է ունենում գազերում, կարող է առաջանալ հեղուկներում, ինչպես նաև պինդ մարմիններում: Դիֆուզիան գազերի խառնումն է։ Ամենապարզ դեպքում սա հոտերի տարածումն է։ Եթե ​​ինչ-որ ներկ տեղադրվի ջրի մեջ, ապա որոշ ժամանակ անց հեղուկը հավասարապես կգունավորվի։ Եթե ​​երկու մետաղներ շփվում են, ապա դրանց մոլեկուլները խառնվում են միջերեսի վրա:

Այսպիսով, դիֆուզիան նյութի մոլեկուլների խառնումն է նրանց պատահական ջերմային շարժման ընթացքում։

Մենք պետք է սահմանենք, թե ինչ է նշանակում ֆիզիկայում դիֆուզիոն հասկացությամբ:

Դիֆուզիոն

Այս հասկացությունը մեզ է հասել լատիներենից և թարգմանաբար «diffusio» բառը նշանակում է տարածել, տարածել։ Ինչպես կարելի է հասկանալ թարգմանությունից, դիֆուզիոն տերմինը նշանակում է տարբեր գործոնների ազդեցության տակ մի նյութի մասնիկների փոխադարձ ներթափանցում մեկ այլ նյութի մեջ։

Այս գործընթացը պայմանավորված է դիտարկվող նյութերի մոլեկուլների տեղաշարժով։ Իսկ դիֆուզիայի ամենավառ օրինակը տարբեր գազերի խառնումն է։

Այս գործընթացների արագությունը կարող է կախված լինել առաջին հերթին այնպիսի գործոնից, ինչպիսին է խնդրո առարկա նյութերի ագրեգացման վիճակը: Այսինքն, ինչպես կարող ենք հասկանալ, հեղուկների և գազերի դեպքում այս գործընթացը շատ ավելի քիչ ժամանակ կպահանջի, քան, օրինակ, պինդ մարմինների դեպքում։

Այս ռեակցիայի արագությունը կախված է նաև նյութերի ջերմաստիճանից։ Մենք գիտենք, որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ մոլեկուլների շարժման արագությունը մեծանում է, և, հետևաբար, խառնվելու արագությունը, մի մարմնի մոլեկուլների ներթափանցումը մյուսի մեջ ավելի մեծ կլինի։

Մեկ այլ գործոն, որն ազդում է դիֆուզիայի արագության վրա, ճնշումն է: Այս երեւույթն ամենաբարդ ազդեցությունն է ունենում նյութերի վրա։ Այսինքն՝ այս մեխանիզմը նվազեցնում է նյութերի ծավալը, ատոմների ազատ թափուր տեղերի քանակը և մեծացնում միջաստղային ատոմների պարունակությունը։

Դիֆուզիայի տեսակները

Դիֆուզիան բաժանվում է մի քանի տեսակների՝ կախված դիտարկվող նյութերի ագրեգատային վիճակներից.

• գազերի դիֆուզիոն;
• հեղուկների դիֆուզիոն;
• պլազմային դիֆուզիոն;
• բյուրեղների դիֆուզիոն;
• պինդ մարմինների դիֆուզիոն.

Մոլեկուլների աննշան չափերի պատճառով դրանց պարունակությունը նյութում հսկայական քանակություն է կազմում։ Ցանկացած նյութի մոլեկուլների շարժումը շարունակական է և պատահական։ Բախվելով օդը կազմող գազերի մոլեկուլներին՝ նյութի մոլեկուլները բազմիցս փոխում են իրենց շարժման ուղղությունը։ Եվ պատահականորեն շարժվում է, ցրված ամբողջ սենյակում: Տեղի է ունենում ինքնաբուխ խառնում: Սա դիֆուզիոն գործընթաց է: Այն երևույթը, երբ մի նյութի մոլեկուլները ներթափանցում են մյուսի մոլեկուլների միջև, կոչվում է: Դիֆուզիոն կարող է առաջանալ ցանկացած նյութում՝ գազերում, հեղուկներում և պինդ մարմիններում: Այս գործընթացը տեղի կունենա ամենաարագ գազերում, քանի որ մոլեկուլների միջև հեռավորությունը բավականին մեծ է, և նրանց միջև ձգողական ուժերը: Հեղուկների մեջ դիֆուզիան ավելի դանդաղ է ընթանում, քան գազերում։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ մոլեկուլները ավելի խիտ են, և, հետևաբար, բավականին դժվար է նրանց միջոցով «» անցնել: Դիֆուզիան ամենադանդաղն է ընթանում պինդ մարմիններում, ինչը բացատրվում է մոլեկուլների խիտ դասավորությամբ։ Եթե ​​սահուն հղկված թիթեղները և ոսկին տեղադրվում են միմյանց վրա և ծանրաբեռնվածությամբ, ապա հինգ տարի անց կարելի է դիտել դիֆուզիոն մինչև մեկ միլիմետր խորություն:Դիֆուզիոն երևույթն արագանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: Դա պայմանավորված է նրանով, որ երբ նյութի ջերմաստիճանը բարձրանում է, նրա մոլեկուլներն ավելի արագ են շարժվում: Եվ փոխադարձ խառնումը տեղի կունենա ավելի արագ։ Ուստի տաք թեյի մեջ շաքարն ավելի արագ է լուծվում, քան սառը, դիֆուզիան մեծ դեր է խաղում։ Այսպիսով, օրինակ, տարբեր աղերի լուծույթների տարածումը հողում նպաստում է բույսերի նորմալ սնուցմանը։ Մարդու համար այս երեւույթը կենսական նշանակություն ունի, օրինակ՝ դիֆուզիայի շնորհիվ թոքերից թթվածինը ներթափանցում է մարդու արյան մեջ, իսկ արյունից՝ հյուսվածքների մեջ։

Առնչվող տեսանյութեր

Աղբյուրներ:

• լյարդի դիֆուզիոն

Դիֆուզիան (լատիներեն diffusio - տարածում, ցրում, տարածում) մի երևույթ է, որի դեպքում տեղի է ունենում տարբեր նյութերի մոլեկուլների փոխադարձ ներթափանցում միմյանց միջև, այսինքն. մի նյութի մոլեկուլները թափանցում են մյուսի մոլեկուլների միջև և հակառակը։

Դիֆուզիոն առօրյա կյանքում

Դիֆուզիայի երեւույթը հաճախ կարելի է նկատել մարդու առօրյայում։ Այսպիսով, եթե սենյակ եք բերում ինչ-որ հոտի աղբյուր, օրինակ՝ սուրճ կամ օծանելիք, ապա այդ հոտը շուտով կտարածվի ամբողջ սենյակում: Հոտավետ նյութերի ցրումը տեղի է ունենում մոլեկուլների անընդհատ շարժման պատճառով։ Իրենց ճանապարհին նրանք բախվում են օդը կազմող գազերի մոլեկուլներին, փոխում են ուղղությունը և պատահական շարժվելով՝ ցրվում են սենյակով մեկ։ Հոտի այս բաշխումը վկայում է մոլեկուլների քաոսային և շարունակական շարժման մասին:

Ինչպե՞ս ապացուցել, որ մարմինները կազմված են անընդհատ շարժվող մոլեկուլներից

Ապացուցելու համար, որ բոլոր մարմինները կազմված են մշտական ​​շարժման մեջ գտնվող մոլեկուլներից, կարող եք կատարել հետևյալ ֆիզիկական փորձը.

Գլանափաթեթի կամ բաժակի մեջ լցնել պղնձի սուլֆատի մուգ կապույտ լուծույթ: Վերևում զգուշորեն լցնել մաքուր ջուր: Սկզբում հեղուկների միջև տեսանելի կլինի սուր եզրագիծ, սակայն մի քանի օր անց այն կմղվի։ Մի քանի շաբաթ անց սահմանը՝ պղնձի սուլֆատի լուծույթից ջուրը, ամբողջությամբ կվերանա, և անոթում ձևավորվում է գունատ կապույտ երանգի միատարր հեղուկ։ Սա ձեզ կասի, որ հեղուկները խառնվել են:

Դիտարկվող երեւույթը բացատրելու համար կարելի է ենթադրել, որ միջերեսի մոտ գտնվող պղնձի սուլֆատի և ջրի մոլեկուլները փոխվում են տեղերը։ Հեղուկների միջև սահմանը դառնում է մշուշոտ, քանի որ պղնձի սուլֆատի մոլեկուլները տեղափոխվում են ջրի ստորին շերտ, իսկ ջրի մոլեկուլները տեղափոխվում են կապույտ լուծույթի վերին շերտ: Աստիճանաբար այս բոլոր նյութերի մոլեկուլները պատահական և շարունակական շարժումներով տարածվում են ամբողջ ծավալով՝ հեղուկը դարձնելով միատարր։ Այս երեւույթը կոչվում է

Ներածություն

Մարդն ապրում է բնական միջավայրի հետ սերտ կապի մեջ։ Նա ազդում է դրա վրա՝ փոխվելով և հարմարվելով իր կարիքներին, գործնական գործունեության մեջ ստեղծելով, այսպես ասած, «երկրորդ» բնույթ, միկրոմիջավայր։ Եվ բնականաբար, օգտագործելով նյութական մշակույթի զուտ ուտիլիտարիստական ​​օբյեկտները, գիտության և տեխնիկայի ձեռքբերումները, մարդը որոշակի վերաբերմունք ունի դրանց նկատմամբ։ Եվ սա է վերաբերմունքը մարդու շուրջը, աշխարհում տեղի ունեցող տարբեր ֆիզիկական երեւույթներին։

Բնության մեջ տեղի ունեցող գործընթացների ֆիզիկական ըմբռնումը մշտապես զարգանում է: Նոր հայտնագործությունների մեծ մասը շուտով կիրառություն է գտնում տեխնոլոգիայի և արդյունաբերության մեջ: Այնուամենայնիվ, նոր հետազոտությունները մշտապես բարձրացնում են նոր առեղծվածներ և բացահայտում են երևույթներ, որոնց բացատրությունը պահանջում է նոր ֆիզիկական տեսություններ: Չնայած կուտակված գիտելիքների հսկայական քանակին, ժամանակակից ֆիզիկան դեռ շատ հեռու է բնական բոլոր երևույթները բացատրելու հնարավորությունից:

Այս հոդվածում դիտարկվելու է կոնկրետ ֆիզիկական երևույթ՝ դիֆուզիոն: Ֆիզիկայի ամենանշանակալի երեւույթներից մեկը, որն իր մեջ այնքան շատ բան ունի, որ մենք ամեն օր հանդիպում ենք ու օգտագործում մեր շահի համար։

Աշխատանքը կքննարկի դիֆուզիայի հետ կապված 4 խնդիր.

• հայտնաբերման պատմություն;
• նկարագրությունը որպես ֆիզիկական երևույթ;
• այս երևույթի ֆիզիկական նշանակությունը.
• գործնական կիրառություն մարդու կյանքում:

1. Դիֆուզիայի ֆիզիկական երեւույթի հայտնաբերման պատմությունը

Մանրադիտակի տակ ջրի մեջ ծաղկափոշու կախոցը դիտարկելիս Ռոբերտ Բրաունը նկատեց մասնիկների քաոսային շարժում, որն առաջանում է «ոչ հեղուկի շարժումից և ոչ նրա գոլորշիացումից»: 1 մկմ և ավելի փոքր չափերի կասեցված մասնիկները, որոնք տեսանելի են միայն մանրադիտակի տակ, կատարում էին անկանոն անկախ շարժումներ՝ նկարագրելով բարդ զիգզագային հետագծեր: Բրաունյան շարժումը ժամանակի ընթացքում չի թուլանում և կախված չէ միջավայրի քիմիական հատկություններից. դրա ինտենսիվությունը մեծանում է միջավայրի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ և նրա մածուցիկության և մասնիկների չափի նվազմամբ։ Բրոունյան շարժման պատճառների նույնիսկ որակական բացատրությունը հնարավոր եղավ միայն 50 տարի անց, երբ բրոունյան շարժման պատճառը սկսեց կապված լինել հեղուկ մոլեկուլների ազդեցությունների հետ, որոնք կախված էին մասնիկի մակերեսի վրա:

Բրոունյան շարժման առաջին քանակական տեսությունը տրվել է Ա.Էյնշտեյնի և Մ.Սմոլուչովսկու կողմից 1905-06թթ. հիմնված է մոլեկուլային կինետիկ տեսության վրա: Ցույց է տրվել, որ Բրոունյան մասնիկների պատահական քայլքը կապված է ջերմային շարժման մեջ նրանց մասնակցության հետ այն միջավայրի մոլեկուլների հետ, որոնցում դրանք կախված են: Մասնիկները միջինում ունեն նույն կինետիկ էներգիան, բայց ավելի մեծ զանգվածի պատճառով նրանք ունեն ավելի ցածր արագություն։ Բրաունյան շարժման տեսությունը բացատրում է մասնիկի պատահական շարժումը մոլեկուլներից և շփման ուժերի պատահական ուժերի ազդեցությամբ։ Համաձայն այս տեսության՝ հեղուկի կամ գազի մոլեկուլները գտնվում են մշտական ​​ջերմային շարժման մեջ, իսկ տարբեր մոլեկուլների իմպուլսները մեծությամբ և ուղղությամբ նույնը չեն։ Եթե ​​նման միջավայրում տեղադրված մասնիկի մակերեսը փոքր է, ինչպես դա Բրաունի մասնիկի դեպքում է, ապա շրջակա մոլեկուլներից մասնիկի կրած ազդեցությունները ճշգրիտ չեն փոխհատուցվի: Հետևաբար, մոլեկուլների կողմից «ռմբակոծության» արդյունքում Բրոունյան մասնիկը սկսում է պատահականորեն շարժվել՝ փոխելով իր արագության մեծությունն ու ուղղությունը մոտ 10-ով։ 14 վայրկյանում մեկ անգամ: Այս տեսությունից բխում էր, որ չափելով մասնիկի տեղաշարժը որոշակի ժամանակում և իմանալով դրա շառավիղը և հեղուկի մածուցիկությունը՝ կարելի է հաշվարկել Ավոգադրոյի թիվը։

Բրոունյան շարժման տեսության եզրահանգումները հաստատվել են Ջ. Պերինի և Տ. Սվեդբերգի չափումներով 1906թ.-ին: Այս հարաբերությունների հիման վրա փորձնականորեն որոշվել են Բոլցմանի հաստատունը և Ավոգադրոյի հաստատունը: (Avogadro հաստատունը նշվում է N Ա , մոլեկուլների կամ ատոմների թիվը նյութի 1 մոլում, Ն Ա =6,022.1023խալ -1; անունը՝ ի պատիվ Ա.Ավոգադրոյի։ Բոլցմանի հաստատուն, ֆիզիկական հաստատուն k, հավասար է գազի համընդհանուր R հաստատունի հարաբերությանը Ավոգադրոյի N թվին Ա : k=R/N Ա = 1,3807.10-23Ժ/Կ. Լ. Բոլցմանի անունով)

Բրոունյան շարժումը դիտարկելիս մասնիկի դիրքը ֆիքսվում է կանոնավոր ընդմիջումներով։ Որքան կարճ լինեն ժամանակային ընդմիջումները, այնքան մասնիկի հետագիծն ավելի կոտրված տեսք կունենա:

Բրոունյան շարժման օրինաչափությունները ծառայում են որպես մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնարար դրույթների հստակ հաստատում։ Վերջապես հաստատվեց, որ նյութի շարժման ջերմային ձևը պայմանավորված է մակրոսկոպիկ մարմիններ կազմող ատոմների կամ մոլեկուլների քաոսային շարժումով։

Բրոունյան շարժման տեսությունը կարևոր դեր է խաղացել վիճակագրական մեխանիկայի հիմնավորման գործում, այն հիմք է հանդիսանում ջրային լուծույթների կոագուլյացիայի (խառնման) կինետիկ տեսության համար։ Բացի այդ, այն ունի նաև կիրառական նշանակություն չափագիտության մեջ, քանի որ բրոունյան շարժումը համարվում է չափման գործիքների ճշգրտությունը սահմանափակող հիմնական գործոնը։ Օրինակ, հայելային գալվանոմետրի ընթերցումների ճշգրտության սահմանը որոշվում է հայելու դողով, ինչպես օդի մոլեկուլներով ռմբակոծված բրոունյան մասնիկը: Բրոունյան շարժման օրենքները որոշում են էլեկտրոնների պատահական շարժումը՝ առաջացնելով աղմուկ էլեկտրական շղթաներում։ Դիէլեկտրիկների դիէլեկտրիկների կորուստները բացատրվում են դիէլեկտրիկը կազմող դիպոլային մոլեկուլների պատահական շարժումներով։ Էլեկտրոլիտային լուծույթներում իոնների պատահական շարժումները մեծացնում են նրանց էլեկտրական դիմադրությունը։

Նկար 1 - Բրոունյան մասնիկների հետագծեր (Պերինի փորձի սխեման); Կետերը նշում են մասնիկների դիրքերը կանոնավոր ընդմիջումներով

Այսպիսով, դիֆուզիան կամ Բրոունյան շարժումը հեղուկի կամ գազի մեջ կասեցված ամենափոքր մասնիկների պատահական շարժումն է, որը տեղի է ունենում շրջակա միջավայրի մոլեկուլների ազդեցության տակ, որը հայտնաբերեց Ռ. Բրաունը 1827 թվականին։

2. Դիֆուզիայի ֆիզիկական երեւույթի նկարագրությունը

Դիֆուզիոն (լատիներեն diffusio - տարածում, տարածում, ցրում, փոխազդեցություն) մի նյութի մոլեկուլների փոխադարձ ներթափանցման գործընթացն է մյուսի մոլեկուլների միջև, ինչը հանգեցնում է դրանց կոնցենտրացիաների ինքնաբուխ հավասարեցմանը ամբողջ զբաղեցրած ծավալով: Որոշ իրավիճակներում նյութերից մեկն արդեն ունի հավասար կոնցենտրացիան, և մեկը խոսում է մի նյութի մյուսի մեջ տարածման մասին: Այս դեպքում նյութի տեղափոխումը տեղի է ունենում բարձր կոնցենտրացիա ունեցող տարածքից դեպի ցածր կոնցենտրացիա ունեցող տարածք (կենտրոնացման գրադիենտին հակառակ)

Դիֆուզիայի օրինակ է գազերի (օրինակ՝ հոտերի տարածումը) կամ հեղուկների խառնումը (եթե թանաքը ջրի մեջ գցեք, որոշ ժամանակ անց հեղուկը միատեսակ գույն կստանա): Մեկ այլ օրինակ կապված է պինդ մարմնի հետ՝ հարակից մետաղների ատոմները, մասնիկների դիֆուզիան խաղում է պլազմայի ֆիզիկայում։

Սովորաբար դիֆուզիոն հասկացվում է որպես նյութի տեղափոխմամբ ուղեկցվող գործընթացներ, սակայն երբեմն փոխանցման այլ գործընթացները նույնպես կոչվում են դիֆուզիոն՝ ջերմահաղորդություն, մածուցիկ շփում և այլն։

Դիֆուզիայի արագությունը կախված է բազմաթիվ գործոններից: Այսպիսով, մետաղյա ձողի դեպքում ջերմային դիֆուզիան տեղի է ունենում շատ արագ։ Եթե ​​ձողը պատրաստված է սինթետիկ նյութից, ջերմային դիֆուզիան դանդաղ է ընթանում: Ընդհանուր դեպքում մոլեկուլների դիֆուզիան էլ ավելի դանդաղ է ընթանում։ Օրինակ, եթե շաքարավազի մի կտոր իջեցնեն մի բաժակ ջրի հատակը, և ջուրը չխառնվի, մի քանի շաբաթ կպահանջվի, մինչև լուծույթը դառնա համասեռ: Նույնիսկ ավելի դանդաղ է մի պինդ նյութի տարածումը մյուսի մեջ: Օրինակ, եթե պղինձը պատված է ոսկով, ապա ոսկին կցրվի պղնձի մեջ, բայց նորմալ պայմաններում (սենյակային ջերմաստիճան և մթնոլորտային ճնշում) ոսկի կրող շերտը կհասնի մի քանի միկրոն հաստության միայն մի քանի հազար տարի հետո:

3. Դիֆուզիոն երեւույթի ֆիզիկական իմաստը

Դիֆուզիայի բոլոր տեսակները ենթարկվում են նույն օրենքներին: Դիֆուզիոն արագությունը համաչափ է նմուշի խաչմերուկի տարածքին, ինչպես նաև կոնցենտրացիաների, ջերմաստիճանների կամ լիցքերի տարբերությանը (այս պարամետրերի համեմատաբար փոքր արժեքների դեպքում): Այսպիսով, ջերմությունը չորս անգամ ավելի արագ կանցնի երկու սանտիմետր տրամագծով ձողի միջով, քան մեկ սանտիմետր տրամագծով ձողի միջով: Այս ջերմությունը կտարածվի ավելի արագ, եթե ջերմաստիճանի տարբերությունը մեկ սանտիմետրի դիմաց 5°C-ի փոխարեն լինի 10°C: Դիֆուզիայի արագությունը նույնպես համաչափ է կոնկրետ նյութը բնութագրող պարամետրին: Ջերմային դիֆուզիայի դեպքում այս պարամետրը կոչվում է ջերմահաղորդություն, էլեկտրական լիցքերի հոսքի դեպքում՝ էլեկտրական հաղորդունակություն։ Տրված ժամանակում ցրվող նյութի քանակությունը և ցրող նյութի անցած տարածությունը համաչափ են դիֆուզիայի ժամանակի քառակուսի արմատին:

Դիֆուզիան մոլեկուլային մակարդակի գործընթաց է և որոշվում է առանձին մոլեկուլների շարժման պատահական բնույթով: Հետևաբար, դիֆուզիայի արագությունը համաչափ է մոլեկուլների միջին արագությանը: Գազերի դեպքում փոքր մոլեկուլների միջին արագությունն ավելի մեծ է, այն է՝ հակադարձ համեմատական ​​է մոլեկուլի զանգվածի քառակուսի արմատին և մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Բարձր ջերմաստիճանում պինդ մարմիններում դիֆուզիոն պրոցեսները հաճախ գործնական կիրառություն են գտնում: Օրինակ, որոշ տեսակի կաթոդային ճառագայթների խողովակներ (CRTs) օգտագործում են մետաղական թորիում, որը ցրված է մետաղական վոլֆրամի միջով 2000°C ջերմաստիճանում:

Եթե ​​գազերի խառնուրդում մի մոլեկուլի զանգվածը չորս անգամ մեծ է մյուսից, ապա այդպիսի մոլեկուլը երկու անգամ ավելի դանդաղ է շարժվում՝ համեմատած մաքուր գազում իր շարժման հետ։ Համապատասխանաբար, դրա դիֆուզիայի արագությունը նույնպես ավելի ցածր է: Թեթև և ծանր մոլեկուլների միջև դիֆուզիայի արագության այս տարբերությունն օգտագործվում է տարբեր մոլեկուլային քաշ ունեցող նյութերը առանձնացնելու համար: Օրինակ է իզոտոպների տարանջատումը։ Եթե ​​երկու իզոտոպ պարունակող գազն անցնում է ծակոտկեն թաղանթով, ապա ավելի թեթև իզոտոպներն ավելի արագ են թափանցում թաղանթ, քան ավելի ծանրները։ Ավելի լավ տարանջատման համար գործընթացն իրականացվում է մի քանի փուլով. Այս գործընթացը լայնորեն օգտագործվել է ուրանի իզոտոպների առանձնացման համար (235U-ի բաժանումը 238U-ի հիմնական մասից): Քանի որ այս տարանջատման մեթոդը էներգատար է, մշակվել են տարանջատման այլ, ավելի խնայող մեթոդներ: Օրինակ, ջերմային դիֆուզիայի օգտագործումը գազային միջավայրում լայնորեն զարգացած է։ Իզոտոպների խառնուրդ պարունակող գազը տեղադրվում է խցիկում, որտեղ պահպանվում է տարածական ջերմաստիճանի տարբերություն (գրադիենտ)։ Այս դեպքում ծանր իզոտոպները ժամանակի ընթացքում կենտրոնանում են ցուրտ տարածաշրջանում:

Ֆիկի հավասարումը.

Թերմոդինամիկայի տեսանկյունից ցանկացած հարթեցման գործընթացի շարժիչ ներուժը էնտրոպիայի աճն է։ Մշտական ​​ճնշման և ջերմաստիճանի դեպքում նման ներուժի դերը խաղում է μ քիմիական ներուժը, որը որոշում է նյութի հոսքերի պահպանումը: Նյութի մասնիկների հոսքը համաչափ է պոտենցիալ գրադիենտին.

~

Գործնական դեպքերում C կոնցենտրացիան օգտագործվում է քիմիական պոտենցիալի փոխարեն, μ-ի ուղղակի փոխարինումը C-ով դառնում է սխալ բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում, քանի որ քիմիական պոտենցիալը կապված է կոնցենտրացիայի հետ՝ համաձայն լոգարիթմական օրենքի: Եթե ​​նման դեպքերը չդիտարկենք, ապա վերը նշված բանաձեւը կարող է փոխարինվել հետեւյալով.

ինչը ցույց է տալիս, որ նյութի հոսքի խտությունը J [ ] համաչափ է դիֆուզիայի գործակցին D [( )] և կոնցենտրացիայի գրադիենտ: Այս հավասարումն արտահայտում է Ֆիկի առաջին օրենքը (Ադոլֆ Ֆիկը գերմանացի ֆիզիոլոգ է, ով սահմանել է դիֆուզիայի օրենքները 1855 թվականին)։ Ֆիկի երկրորդ օրենքը վերաբերում է համակենտրոնացման տարածական և ժամանակային փոփոխություններին (դիֆուզիոն հավասարում).

Դիֆուզիոն D գործակիցը կախված է ջերմաստիճանից։ Մի շարք դեպքերում, ջերմաստիճանի լայն տիրույթում, այս կախվածությունը Arrhenius-ի հավասարումն է:

Քիմիական պոտենցիալ գրադիենտին զուգահեռ կիրառվող լրացուցիչ դաշտը խախտում է կայուն վիճակը: Այս դեպքում դիֆուզիոն գործընթացները նկարագրվում են ոչ գծային Ֆոկեր-Պլանկի հավասարմամբ։ Բնության մեջ մեծ նշանակություն ունեն դիֆուզիոն գործընթացները.

կենդանիների և բույսերի սնուցում, շնչառություն;

արյունից թթվածնի ներթափանցումը մարդու հյուսվածքներ.

Ֆիկի հավասարման երկրաչափական նկարագրությունը.

Երկրորդ Ֆիկի հավասարման մեջ ձախ կողմում ջերմաստիճանի փոփոխության արագությունն է ժամանակի ընթացքում, իսկ աջ կողմում՝ երկրորդ մասնակի ածանցյալը, որն արտահայտում է ջերմաստիճանների տարածական բաշխումը, մասնավորապես՝ ջերմաստիճանի բաշխման ուռուցիկությունը։ ֆունկցիա, որը նախագծված է x առանցքի վրա:

4. Դիֆուզիայի ֆիզիկական երեւույթի գործնական կիրառումը մարդու կյանքում

դիֆուզիոն շագանակագույն թաղանթ ավոգադրո

Դիֆուզիոն ապարատը օգտագործվում է պինդ աղացած նյութից լուծելի նյութեր հանելու համար: Նման ապարատները հիմնականում օգտագործվում են շաքարի ճակնդեղի արտադրության մեջ, որտեղ դրանք օգտագործվում են ջրի հետ տաքացրած ճակնդեղի չիպսերից շաքարի հյութ ստանալու համար։

Միջուկային ռեակտորների աշխատանքի մեջ էական դեր է խաղում նեյտրոնների դիֆուզիան, այսինքն՝ նյութի մեջ նեյտրոնների տարածումը, որն ուղեկցվում է ատոմային միջուկների հետ բախումների արդյունքում դրանց շարժման ուղղության և արագության բազմակի փոփոխությամբ։ Միջավայրում նեյտրոնների դիֆուզիան նման է գազերում ատոմների և մոլեկուլների տարածմանը և ենթարկվում է նույն օրենքներին։

Կիսահաղորդիչներում կրիչների դիֆուզիայի արդյունքում առաջանում է էլեկտրական հոսանք, կիսահաղորդիչների մեջ լիցքակիրների շարժումը պայմանավորված է նրանց կոնցենտրացիայի անհամասեռությամբ։ Օրինակ, կիսահաղորդչային դիոդ ստեղծելու համար ինդիումը հալեցնում են գերմանիումի մակերեսներից մեկի մեջ։ Գերմանիումի միաբյուրեղի խորքում ինդիումի ատոմների դիֆուզիայի շնորհիվ դրա մեջ ձևավորվում է p-n հանգույց, որի միջով կարող է հոսել զգալի հոսանք՝ նվազագույն դիմադրությամբ։

Մետաղացման գործընթացը հիմնված է դիֆուզիոն երևույթի վրա՝ նյութի մակերևույթը մետաղի կամ համաձուլվածքի շերտով պատելով՝ դրան հաղորդելու ֆիզիկական, քիմիական և մեխանիկական հատկություններ՝ տարբերվող մետաղացված նյութի հատկություններից: Օգտագործվում է արտադրանքը կոռոզիայից պաշտպանելու, մաշվածությունից, կոնտակտային էլեկտրական հաղորդունակությունը բարձրացնելու համար, դեկորատիվ նպատակներով, օրինակ՝ պողպատե մասերի կարծրությունը և ջերմակայունությունը բարձրացնելու համար, օգտագործվում է կարբյուրացում։ Այն բաղկացած է նրանից, որ պողպատե մասերը տեղադրվում են գրաֆիտի փոշիով տուփի մեջ, որը տեղադրվում է ջերմային վառարանում: Դիֆուզիայի շնորհիվ ածխածնի ատոմները թափանցում են մասերի մակերեսային շերտ։ Ներթափանցման խորությունը կախված է ջերմային վառարանում գտնվող մասերի ջերմաստիճանից և ազդեցության ժամանակից:

Դիֆուզիան լայն տարածում ունի նաև թեթև արդյունաբերության մեջ։

Եզրակացություն

Դիֆուզիան կամ Բրոունյան շարժումը հեղուկի կամ գազի մեջ կասեցված ամենափոքր մասնիկների քաոսային շարժումն է, որը տեղի է ունենում շրջակա միջավայրի մոլեկուլային ազդեցությունների ազդեցության տակ, որը հայտնաբերել է Ռ. Բրաունը 1827 թվականին։

Որպես ֆիզիկական երևույթ, դիֆուզիան մի նյութի մոլեկուլների փոխադարձ ներթափանցման գործընթացն է մյուսի մոլեկուլների միջև, ինչը հանգեցնում է դրանց կոնցենտրացիաների ինքնաբուխ հավասարեցմանը ողջ զբաղեցրած ծավալով: Որոշ իրավիճակներում նյութերից մեկն արդեն ունի հավասարեցված կոնցենտրացիան, և մեկը խոսում է մի նյութի մյուսի մեջ տարածման մասին: Այս դեպքում նյութի տեղափոխումը տեղի է ունենում բարձր կոնցենտրացիա ունեցող շրջանից դեպի ցածր կոնցենտրացիա ունեցող շրջան (կենտրոնացման գրադիենտին հակառակ):

Դիֆուզիան մոլեկուլային մակարդակի գործընթաց է և որոշվում է առանձին մոլեկուլների շարժման պատահական բնույթով: Հետևաբար, դիֆուզիայի արագությունը համաչափ է մոլեկուլների միջին արագությանը: Գազերի դեպքում փոքր մոլեկուլների միջին արագությունն ավելի մեծ է, այն է՝ հակադարձ համեմատական ​​է մոլեկուլի զանգվածի քառակուսի արմատին և մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։

Դիֆուզիան առօրյա կյանքում կիրառությունների լայն շրջանակ ունի, որն օգտագործվում է գրեթե բոլոր ոլորտներում՝ թեթևից մինչև ծանր:

Մատենագիտություն

1. Կոշկին Ի.Ի., Շիրկևիչ Մ.Գ. Տարրական ֆիզիկայի ձեռնարկ. - Մ.: Նաուկա, 1980:

2.Տրոֆիմովա T.I ֆիզիկայի դասընթաց. - Մ.: Բարձրագույն դպրոց, 1990 թ.

3.Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Ֆիզիկայի ձեռնարկ: - Մ.: Նաուկա, 1985:

Բացարձակապես բոլոր մարդիկ լսել են այնպիսի հասկացության մասին, ինչպիսին է դիֆուզիան: Սա 7-րդ դասարանի ֆիզիկայի պարապմունքների թեմաներից մեկն էր: Չնայած այն հանգամանքին, որ այս երեւույթը մեզ շրջապատում է բացարձակապես ամենուր, քչերը գիտեն դրա մասին։ Ինչ է դա ամեն դեպքում նշանակում: Ինչ է դա ֆիզիկական իմաստԻսկ ինչպե՞ս կարող ես դրանով կյանքը հեշտացնել։ Այսօր մենք կխոսենք այս մասին:

հետ շփման մեջ

Դասընկերներ

Դիֆուզիան ֆիզիկայում. սահմանում

Սա մի նյութի մոլեկուլների ներթափանցման գործընթացն է մեկ այլ նյութի մոլեկուլների միջև: Պարզ բառերով, այս գործընթացը կարելի է անվանել խառնում: Այս ընթացքում խառնումը տեղի է ունենում նյութի մոլեկուլների փոխադարձ ներթափանցումը միմյանց միջև. Օրինակ՝ սուրճ պատրաստելիս լուծվող սուրճի մոլեկուլները թափանցում են ջրի մոլեկուլներ և հակառակը։

Այս ֆիզիկական գործընթացի արագությունը կախված է հետևյալ գործոններից.

1. Ջերմաստիճանը.
2. Նյութի ագրեգատային վիճակ.
3. Արտաքին ազդեցություն.

Որքան բարձր է նյութի ջերմաստիճանը, այնքան ավելի արագ են շարժվում մոլեկուլները: Հետևաբար, խառնման գործընթացըավելի արագ է առաջանում ավելի բարձր ջերմաստիճաններում:

Նյութի ագրեգատային վիճակ - ամենակարեւոր գործոնը. Ագրեգացման յուրաքանչյուր վիճակում մոլեկուլները շարժվում են որոշակի արագությամբ։

Դիֆուզիան կարող է ընթանալ ագրեգացման հետևյալ վիճակներում.

1. Հեղուկ.
2. Պինդ.

Ամենայն հավանականությամբ, այժմ ընթերցողին կառաջանան հետևյալ հարցերը.

1. Որո՞նք են դիֆուզիայի պատճառները:
2. Որտեղ է այն ավելի արագ հոսում:
3. Ինչպե՞ս է այն կիրառվում իրական կյանքում:

Դրանց պատասխանները կարող եք գտնել ստորև։

Պատճառները

Բացարձակապես ամեն ինչ այս աշխարհում ունի իր սեփական պատճառը: ԵՎ դիֆուզիան բացառություն չէ. Ֆիզիկոսները քաջատեղյակ են դրա առաջացման պատճառներին։ Իսկ ինչպե՞ս դրանք փոխանցել սովորական մարդուն։

Անշուշտ բոլորը լսել են, որ մոլեկուլները մշտական ​​շարժման մեջ են։ Ընդ որում, այս շարժումը անկարգ ու քաոսային է, իսկ արագությունը՝ շատ բարձր։ Այս շարժման և մոլեկուլների մշտական ​​բախման շնորհիվ տեղի է ունենում դրանց փոխադարձ ներթափանցում։

Կա՞ն որևէ ապացույց այս շարժման համար: Անշուշտ։ Հիշեք, թե որքան արագ սկսեցիք օծանելիքի կամ դեզոդորանտի հոտը: Իսկ ձեր մայրիկի պատրաստած ուտելիքի հոտը խոհանոցում: Հիշեք, թե որքան արագ թեյի կամ սուրճի պատրաստում. Այս ամենը չէր կարող լինել, եթե չլիներ մոլեկուլների շարժումը։ Մենք եզրակացնում ենք, որ դիֆուզիայի հիմնական պատճառը մոլեկուլների անընդհատ շարժումն է։

Հիմա միայն մեկ հարց է մնում՝ ինչո՞վ է պայմանավորված այս շարժումը։ Այն առաջնորդվում է հավասարակշռության ձգտումով։ Այսինքն՝ նյութի մեջ կան այդ մասնիկների բարձր և ցածր կոնցենտրացիաներով տարածքներ։ Եվ այս ցանկության պատճառով նրանք անընդհատ բարձր կոնցենտրացիայի տարածքից անցնում են ցածր կենտրոնացվածության: Նրանք անընդհատ բախվել միմյանց, և տեղի է ունենում փոխներթափանցում։

Դիֆուզիոն գազերում

Գազերում մասնիկների խառնման գործընթացն ամենաարագն է։ Այն կարող է առաջանալ ինչպես միատարր գազերի, այնպես էլ տարբեր կոնցենտրացիաներով գազերի միջև։

Վառ օրինակներ կյանքից.

1. Դիֆուզիայի միջոցով օդը թարմացնողի հոտ եք գալիս:
2. Եփած կերակուրից հոտ ես գալիս։ Նկատի ունեցեք, որ դուք անմիջապես սկսում եք դա զգալ, իսկ թարմացնողի հոտը մի քանի վայրկյան հետո։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ բարձր ջերմաստիճաններում մոլեկուլների շարժման արագությունն ավելի մեծ է։
3. Արցունքներ, որոնք առաջանում են սոխը կտրելիս: Սոխի մոլեկուլները խառնվում են օդի մոլեկուլներին, և ձեր աչքերը արձագանքում են դրան:

Ինչպե՞ս է դիֆուզիան տեղի ունենում հեղուկներում:

Հեղուկների մեջ դիֆուզիան ավելի դանդաղ է ընթանում: Այն կարող է տևել մի քանի րոպեից մինչև մի քանի ժամ:

Ամենավառ օրինակները կյանքից.

1. Թեյի կամ սուրճի պատրաստում.
2. Ջրի և կալիումի պերմանգանատի խառնուրդը:
3. Աղի կամ սոդայի լուծույթ պատրաստելը.

Այս դեպքերում դիֆուզիան շատ արագ է ընթանում (մինչև 10 րոպե): Այնուամենայնիվ, եթե գործընթացի վրա կիրառվի արտաքին ազդեցություն, օրինակ՝ այդ լուծույթները խառնելով գդալով, ապա գործընթացը շատ ավելի արագ կընթանա և կտևի ոչ ավելի, քան մեկ րոպե։

Ավելի խիտ հեղուկներ խառնելիս դիֆուզիան շատ ավելի երկար կպահանջի: Օրինակ, երկու հեղուկ մետաղների խառնումը կարող է տեւել մի քանի ժամ: Իհարկե, դուք կարող եք դա անել մի քանի րոպեում, բայց այս դեպքում կստացվի անորակ խառնուրդ.

Օրինակ, մայոնեզն ու թթվասերը խառնելիս դիֆուզիան շատ երկար կպահանջի։ Այնուամենայնիվ, եթե դուք դիմեք արտաքին ազդեցության օգնության, ապա այս գործընթացը մեկ րոպե անգամ չի տևի։

Դիֆուզիոն պինդ մարմիններում. օրինակներ

Պինդ մարմիններում մասնիկների փոխադարձ ներթափանցումն ընթանում է շատ դանդաղ։ Այս գործընթացը կարող է տեւել մի քանի տարի։ Դրա տևողությունը կախված է նյութի բաղադրությունից և նրա բյուրեղային ցանցի կառուցվածքից։

Փորձեր, որոնք ապացուցում են, որ պինդ մարմիններում դիֆուզիոն գոյություն ունի:

1. Տարբեր մետաղներից երկու թիթեղների կպչում: Եթե ​​այս երկու թիթեղները պահեք իրար մոտ և ճնշման տակ, հինգ տարվա ընթացքում նրանց միջև կհայտնվի 1 միլիմետր լայնությամբ շերտ։ Այս փոքր շերտը կպարունակի երկու մետաղների մոլեկուլներ: Այս երկու թիթեղները կմիավորվեն միասին:
2. Ոսկու շատ բարակ շերտը կիրառվում է բարակ կապարի գլանով: Դրանից հետո այս դիզայնը տեղադրվում է ջեռոցում 10 օր: Վառարանում օդի ջերմաստիճանը 200 աստիճան Ցելսիուս է։ Այն բանից հետո, երբ այս մխոցը կտրվեց բարակ սկավառակների մեջ, շատ պարզ երևում էր, որ կապարը թափանցել է ոսկու մեջ և հակառակը։

Շրջապատող աշխարհում դիֆուզիայի օրինակներ

Ինչպես արդեն հասկացաք, որքան դժվար է միջավայրը, այնքան ցածր է մոլեկուլների խառնման արագությունը: Հիմա եկեք խոսենք այն մասին, թե իրական կյանքում որտեղ կարող եք գործնական օգուտներ ստանալ այս ֆիզիկական երեւույթից:

Դիֆուզիայի գործընթացը մեր կյանքում տեղի է ունենում մշտապես: Նույնիսկ երբ մենք պառկում ենք անկողնու վրա, մեր մաշկի շատ բարակ շերտը մնում է սավանի մակերեսին։ Այն նաև կլանում է քրտինքը։ Հենց դրա պատճառով է, որ մահճակալը կեղտոտվում է և պետք է փոխել։

Այսպիսով, առօրյա կյանքում այս գործընթացի դրսևորումը կարող է լինել հետևյալը.

1. Հացի վրա կարագ քսելիս այն ներծծվում է դրա մեջ։
2. Վարունգ թթու դնելիս աղը սկզբում ցրվում է ջրով, որից հետո աղաջուրը սկսում է ցրվել վարունգի հետ։ Արդյունքում մենք ստանում ենք համեղ խորտիկ։ Բանկերը պետք է հավաքվեն. Դա անհրաժեշտ է, որպեսզի ջուրը չգոլորշիանա։ Ավելի ճիշտ՝ ջրի մոլեկուլները չպետք է ցրվեն օդի մոլեկուլներով։
3. Սպասք լվանալիս ջրի և լվացող միջոցի մոլեկուլները թափանցում են սննդի մնացած կտորների մոլեկուլները։ Սա օգնում է նրանց դուրս գալ ափսեից և այն ավելի մաքուր դարձնել:

Բնության մեջ դիֆուզիայի դրսևորում.

1. Բեղմնավորման գործընթացը տեղի է ունենում հենց այս ֆիզիկական երեւույթի շնորհիվ։ Ձվի և սերմի մոլեկուլները ցրվում են, որից հետո հայտնվում է սաղմը։
2. Հողի պարարտացում. Որոշակի քիմիական նյութերի կամ պարարտանյութի օգտագործման միջոցով հողը դառնում է ավելի բերրի։ Ինչու է դա տեղի ունենում: Եզրակացությունն այն է, որ պարարտանյութի մոլեկուլները ցրվում են հողի մոլեկուլներով: Դրանից հետո հողի մոլեկուլների և բույսի արմատի միջև տեղի է ունենում դիֆուզիոն պրոցեսը։ Սրա շնորհիվ սեզոնն ավելի բեղմնավոր կլինի։
3. Արդյունաբերական թափոնները օդի հետ խառնելը մեծապես աղտոտում է այն։ Դրա պատճառով մեկ կիլոմետր շառավղով օդը դառնում է շատ կեղտոտ: Նրա մոլեկուլները ցրվում են հարևան տարածքների մաքուր օդի մոլեկուլներով: Ահա թե ինչպես է վատանում քաղաքի էկոլոգիական վիճակը.

Արդյունաբերության մեջ այս գործընթացի դրսևորումը.

1. Սիլիկոնացումը սիլիցիումով դիֆուզիոն հագեցման գործընթաց է: Այն իրականացվում է գազային մթնոլորտում։ Մասի սիլիցիումով հագեցած շերտն ունի ոչ շատ բարձր կարծրություն, բայց բարձր կոռոզիոն դիմադրություն և ավելացել է մաշվածության դիմադրություն ծովի ջրում, ազոտային, աղաթթուներում և ծծմբական թթուներում:
2. Մետաղների մեջ դիֆուզիան կարևոր դեր է խաղում համաձուլվածքների արտադրության մեջ։ Բարձրորակ համաձուլվածք ստանալու համար անհրաժեշտ է համաձուլվածքներ արտադրել բարձր ջերմաստիճաններում և արտաքին ազդեցությամբ։ Սա մեծապես կարագացնի դիֆուզիոն գործընթացը:

Այս գործընթացները տեղի են ունենում տարբեր ոլորտներում.

1. Էլեկտրոնային.
2. Կիսահաղորդիչ.
3. Ճարտարագիտական.

Ինչպես հասկանում եք, դիֆուզիայի գործընթացը կարող է ունենալ ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական ազդեցություն մեր կյանքի վրա: Դուք պետք է կարողանաք կառավարել ձեր կյանքը և առավելագույնի հասցնել այս ֆիզիկական երևույթի օգուտները, ինչպես նաև նվազագույնի հասցնել վնասը:

Այժմ դուք գիտեք, թե որն է այնպիսի ֆիզիկական երևույթի էությունը, ինչպիսին դիֆուզիան է: Այն բաղկացած է մասնիկների փոխադարձ ներթափանցումից՝ դրանց շարժման շնորհիվ։ Կյանքում ամեն ինչ շարժվում է։ Եթե ​​ուսանող եք, ապա մեր հոդվածը կարդալուց հետո դուք անպայման կստանաք 5 գնահատական: Հաջողություն ձեզ: