Դիֆուզիոն

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 խառնվում են շփման սահմանին։ Մասնիկների դիֆուզիան կարևոր դեր է խաղում պլազմայի ֆիզիկայում:

Սովորաբար, դիֆուզիոն հասկացվում է որպես նյութի տեղափոխմամբ ուղեկցվող գործընթացներ, սակայն երբեմն փոխանցման այլ գործընթացներ կոչվում են նաև դիֆուզիոն՝ ջերմային հաղորդունակություն, 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 տեղի կունենա ոսկու տարածում պղնձի մեջ, բայց նորմալ պայմաններում (սենյակային ջերմաստիճան և մթնոլորտային ճնշում) ոսկի կրող շերտը կհասնի մի քանի միկրոն հաստության միայն մի քանի հազար տարի հետո:

Դիֆուզիոն պրոցեսների քանակական նկարագրությունը տվել է գերմանացի ֆիզիոլոգ Ա. Ֆիկը ( Անգլերեն) 1855 թ

ընդհանուր նկարագրությունը

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, հոսքի դեպքում էլեկտրական լիցքեր- էլեկտրական հաղորդունակություն. Որոշակի ժամանակի ընթացքում ցրվող նյութի քանակությունը և ցրող նյութի անցած տարածությունը համաչափ են քառակուսի արմատդիֆուզիայի ժամանակը.

Դիֆուզիան գործընթաց է մոլեկուլային մակարդակև որոշվում է առանձին մոլեկուլների շարժման պատահական բնույթով։ Հետևաբար, դիֆուզիայի արագությունը համաչափ է մոլեկուլների միջին արագությանը: Գազերի դեպքում Միջին արագությունըկան ավելի շատ փոքր մոլեկուլներ, մասնավորապես, այն հակադարձ համեմատական ​​է մոլեկուլի զանգվածի քառակուսի արմատին և աճում 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 մեկ 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 կիրառվել է ուրանի իզոտոպների առանձնացման համար (235 U-ի առանձնացում 238 U-ի հիմնական զանգվածից)։ 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 հավասարումները

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

~

Շատ գործնական դեպքերում կոնցենտրացիան օգտագործվում է քիմիական ներուժի փոխարեն Գ. Ուղղակի փոխարինում µ վրա Գբարձր կոնցենտրացիաների դեպքում դառնում է սխալ, քանի որ քիմիական պոտենցիալը դադարում է կապված լինել 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 Ջհամաչափ դիֆուզիոն գործակցին Դ[()] և համակենտրոնացման գրադիենտ: Այս հավասարումն արտահայտում է Ֆիկի առաջին օրենքը։ Ֆիկի երկրորդ օրենքը վերաբերում է համակենտրոնացման տարածական և ժամանակային փոփոխություններին (դիֆուզիոն հավասարում).

Դիֆուզիայի գործակիցը Դջերմաստիճանից կախված: Մի շարք դեպքերում, ջերմաստիճանի լայն տիրույթում, այս կախվածությունը Arrhenius-ի հավասարումն է:

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

• Կենդանիների և բույսերի սնուցում, շնչառություն;
• Արյան թթվածնի ներթափանցումը մարդու հյուսվածքներ.

Ֆիկի հավասարման երկրաչափական նկարագրությունը

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

տես նաեւ

• Մակերեւութային դիֆուզիան գործընթաց է, որը կապված է խտացված մարմնի մակերեսի վրա ատոմների (մոլեկուլների) առաջին մակերևութային շերտի կամ այս շերտի վրայով առաջացող մասնիկների շարժման հետ:

Նշումներ

գրականություն

• Բոկշտեյն Բ.Ս.Ատոմները թափառում են բյուրեղի միջով: - Մ .: Նաուկա, 1984. - 208 էջ. - (Գրադարան «Քվանտ», համար 28): - 150000 օրինակ։

Հղումներ

• Դիֆուզիոն (տեսադաս, 7-րդ դասարանի ծրագիր)
• Անմաքրության ատոմների տարածում մեկ բյուրեղի մակերեսի վրա

Վիքիմեդիա հիմնադրամ. 2010 թ .

Հոմանիշներ:

Տեսեք, թե ինչ է «Diffusion»-ը այլ բառարաններում.

- [լատ. diffusio բաշխում, տարածում] ֆիզիկական, քիմիական. մի նյութի (գազ, հեղուկ, պինդ) մոլեկուլների ներթափանցումը մյուսի մեջ՝ դրանց անմիջական շփման կամ ծակոտկեն միջնորմի միջոցով։ Բառարան օտար բառեր. Կոմլև Ն.Գ.,…… Ռուսաց լեզվի օտար բառերի բառարան

Դիֆուզիոն- մի նյութի մասնիկների միջավայր ներթափանցումն է մեկ այլ նյութի մասնիկների, որը տեղի է ունենում ջերմային շարժումմեկ այլ նյութի կոնցենտրացիայի նվազման ուղղությամբ. [Blum E.E. Հիմնական մետալուրգիական տերմինների բառարան. Եկատերինբուրգ… Շինանյութերի տերմինների, սահմանումների և բացատրությունների հանրագիտարան

Ժամանակակից հանրագիտարան

- (լատիներեն diffusio տարածում տարածում, ցրում), միջավայրի մասնիկների շարժում, որը հանգեցնում է նյութի տեղափոխմանը և կոնցենտրացիաների հավասարեցմանը կամ միջավայրում տվյալ տեսակի մասնիկների կոնցենտրացիաների հավասարակշռության բաշխման հաստատմանը։ բացակայության դեպքում…… Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

ԴԻՖՈՒԶԻԱ, խառնուրդի մեջ նյութի տեղաշարժը բարձր կոնցենտրացիայի տարածքից դեպի ցածր կոնցենտրացիայի տարածք՝ առաջացած առանձին ատոմների կամ մոլեկուլների պատահական տեղաշարժից։ Դիֆուզիան դադարում է, երբ անհետանում է կոնցենտրացիայի գրադիենտը: Արագություն…… Գիտատեխնիկական հանրագիտարանային բառարան

դիֆուզիոն- և լավ: դիֆուզիոն ֆ., գերմ. Դիֆուզիոն լատ. diffusio տարածում, տարածում. Կից նյութերի փոխադարձ ներթափանցումը միմյանց մեջ մոլեկուլների և ատոմների ջերմային շարժման պատճառով: Գազերի, հեղուկների դիֆուզիա։ BAS 2. || տրանս. Նրանք են… … Պատմական բառարանռուսաց լեզվի գալիցիզմները

Դիֆուզիոն- (լատիներեն diffusio բաշխում, տարածում, ցրում), միջավայրի մասնիկների շարժում, որը հանգեցնում է նյութի տեղափոխմանը և կոնցենտրացիաների հավասարեցմանը կամ դրանց հավասարակշռության բաշխման հաստատմանը։ Դիֆուզիան սովորաբար որոշվում է ջերմային շարժումով ... ... Պատկերազարդ հանրագիտարանային բառարան

Մասնիկների շարժումը դրանց կոնցենտրացիայի նվազման ուղղությամբ՝ ջերմային շարժման պատճառով։ Դ.-ն հանգեցնում է ցրող նյութի կոնցենտրացիաների հավասարեցմանը և ծավալը մասնիկներով համասեռ լցնելուն: Երկրաբանական հանրագիտարան

Ներածություն
1. Դիֆուզիայի հայեցակարգը և օրինաչափությունները
1.1 Դիֆուզիոն գործընթացների հայեցակարգ ……………………………………………………………………
1.2 Դիֆուզիայի օրինաչափություններ ………………………………………………6
2. Դիֆուզիոն պրոցեսների օգտագործում
2.1 Դիֆուզիոն մետաղների վերամշակման մեջ ………………………………………………………8
2.2 Պլազմոլիզ…………………………………………………………………………… 11
2.3 Օսմոզ………………………………………………………………………………………….
3. Դիֆուզիայի կիրառումը արտադրության մեջ………………………………………… 13.
4. Դիֆուզիայի կիրառումը բժշկության մեջ. «Արհեստական ​​երիկամ» ապարատ…..15
5. Դիֆուզիայի կիրառումը ճարտարագիտության մեջ…………………………………………………………….
Եզրակացություն
Օգտագործված գրականության ցանկ

Ներածություն

Իմ կուրսային աշխատանքի թեման է՝ «Դիֆուզիոն գործընթացները և դրանց կիրառումը տեխնոլոգիայում»։

Դիֆուզիան բնության հիմնարար երևույթ է։ Այն ընկած է նյութի և էներգիայի փոխակերպումների հիմքում։ Նրա դրսևորումները տեղի են ունենում մեր մոլորակի բնական համակարգերի կազմակերպման բոլոր մակարդակներում՝ սկսած տարրական մասնիկների, ատոմների և մոլեկուլների մակարդակից և վերջացրած գեոսֆերայով։ Այն լայնորեն կիրառվում է տեխնիկայում, առօրյա կյանքում։
Դիֆուզիայի էությունը միջավայրի մասնիկների շարժումն է, որը հանգեցնում է նյութերի տեղափոխմանը և կոնցենտրացիաների հավասարեցմանը կամ միջավայրում տվյալ տեսակի մասնիկների հավասարակշռության բաշխման հաստատմանը։ Մոլեկուլների և ատոմների տարածումը նրանց ջերմային շարժման պատճառով: .
Դիֆուզիոն գործընթացը թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի դրսևորման մեխանիզմներից մեկն է, ըստ որի ցանկացած համակարգ հակված է տեղափոխվելու ավելի հավասարակշռված վիճակի, այսինքն՝ կայուն վիճակի, որը բնութագրվում է էնտրոպիայի և էներգիայի նվազագույն քանակի աճով։
Դիֆուզիան բոլոր տեսակի էլեկտրոնային սարքերի և միկրոսխեմաների արտադրության կարևորագույն տեխնոլոգիական գործընթացներից մեկն է:

Դիֆուզիան հիմնարար գործընթաց է, որը ընկած է կենդանի համակարգերի գործունեության հիմքում կազմակերպման ցանկացած մակարդակում՝ տարրական մասնիկների մակարդակից (էլեկտրոնային դիֆուզիոն) մինչև կենսոլորտային մակարդակ (նյութերի շրջանառություն կենսոլորտում):

Գործնականում լայնորեն կիրառվում է դիֆուզիայի երեւույթը։ Առօրյա կյանքում՝ թեյի եփում, բանջարեղենի պահածոյացում, մուրաբաներ պատրաստում։ Արտադրության մեջ՝ կարբյուրացման (... պողպատե մասերի, դրանց կարծրության և ջերմակայունության բարձրացման համար), ալյումինացման և օքսիդացման գործընթացներ։

Այս դասընթացի աշխատանքի նպատակն է ծանոթանալ դիֆուզիոն և դիֆուզիոն գործընթացների հայեցակարգին, վերլուծել դրա կիրառումը արտադրության, տեխնոլոգիայի, բժշկության մեջ: Հաշվի առնելով այս թեմայի առանձնահատկությունները և բարձրացված հարցերի շրջանակը՝ աշխատանքի կառուցվածքը հնարավորություն է տալիս հետևողականորեն պատասխանել առաջին մասում տեսական հարցերին, իսկ երկրորդում՝ սովորել դիֆուզիոն գործընթացների գործնական կիրառումը:

1. Դիֆուզիայի հայեցակարգը և օրինաչափությունները

1.1 Դիֆուզիոն գործընթացների հայեցակարգ

Քաոսային շարժման հետևանքով մի նյութի մասնիկների (մոլեկուլներ, ատոմներ, իոններ) ներթափանցման գործընթացը մեկ այլ նյութի մասնիկների միջև կոչվում է դիֆուզիա։ Այսպիսով, դիֆուզիան նյութի բոլոր մասնիկների քաոսային շարժման, ցանկացած մեխանիկական գործողության արդյունք է։

Քանի որ մասնիկները շարժվում են գազերում, հեղուկներում և ներս պինդ նյութեր, ապա այդ նյութերում հնարավոր է դիֆուզիոն։ Դիֆուզիան նյութի փոխանցումն է տարբեր տեսակի ատոմների կամ մոլեկուլների անհամասեռ կոնցենտրացիայի ինքնաբուխ դասավորվածության պատճառով: Եթե ​​տարատեսակ գազերի չափաբաժիններ են թողնում անոթ, ապա որոշ ժամանակ անց բոլոր գազերը հավասարապես խառնվում են. յուրաքանչյուր տեսակի մոլեկուլների թիվը անոթի միավորի ծավալով կդառնա հաստատուն, կոնցենտրացիան կհավասարվի (նկ. 1):

Դիֆուզիան բացատրվում է հետևյալ կերպ. Նախ, երկու մարմինների միջև հստակ տեսանելի է միջերեսը երկու կրիչների միջև (նկ. 1ա): Այնուհետեւ, իրենց շարժման շնորհիվ, սահմանային փոխանակման վայրերի մոտ տեղակայված նյութերի առանձին մասնիկներ: Նյութերի միջև սահմանը լղոզվում է (նկ. 1բ): Մեկ այլ նյութի մասնիկների միջև ներթափանցելով՝ առաջինի մասնիկները սկսում են փոխանակվել երկրորդի մասնիկների հետ, որոնք գտնվում են ավելի խորը շերտերում։ Նյութերի միջերեսը դառնում է ավելի անորոշ: Մասնիկների շարունակական և պատահական շարժման շնորհիվ այս գործընթացը ի վերջո հանգեցնում է նրան, որ անոթում լուծույթը դառնում է միատարր (նկ. 1գ):

Նկ.1. Դիֆուզիայի երեւույթի բացատրությունը.

Գազի կամ հեղուկի մեջ կասեցված խոշոր մասնիկների (օրինակ՝ ծխի կամ կախույթի մասնիկներ) դիֆուզիան իրականացվում է նրանց բրոունյան շարժման շնորհիվ։ Հետևյալում, եթե այլ բան նշված չէ, մենք նկատի ունենք մոլեկուլային դիֆուզիոն:

Դիֆուզիան կարևոր դեր է խաղում քիմիական կինետիկայի և տեխնոլոգիայի մեջ: Երբ կատալիզատորի կամ ռեակտիվներից մեկի մակերեսին տեղի է ունենում քիմիական ռեակցիա (օրինակ՝ ածուխի այրումը), դիֆուզիան կարող է որոշել այլ ռեակտիվների մատակարարման և ռեակցիայի արտադրանքի հեռացման արագությունը, այսինքն՝ այն կարող է լինել որոշիչ (սահմանափակող) ) գործընթաց: Գոլորշիացման և խտացման, բյուրեղների տարրալուծման և բյուրեղացման համար սովորաբար որոշիչ է դառնում դիֆուզիան։ Իզոտոպների տարանջատման համար օգտագործվում է գազերի ծակոտկեն միջնորմներով կամ գոլորշու շիթով դիֆուզիայի գործընթացը։ Դիֆուզիան ընկած է բազմաթիվ տեխնոլոգիական գործընթացների հիմքում` ադսորբցիա, ցեմենտացում և այլն: Լայնորեն կիրառվում են դիֆուզիոն եռակցումը, դիֆուզիոն մետաղացումը:

Հեղուկ լուծույթներում լուծիչների մոլեկուլների տարածումը կիսաթափանցիկ միջնորմների (մեմբրանների) միջոցով հանգեցնում է օսմոտիկ ճնշման առաջացման, որն օգտագործվում է նյութերի տարանջատման ֆիզիկաքիմիական մեթոդում։

1.2 Դիֆուզիայի օրինաչափություններ

Համակենտրոնացման տարբերությունը դիֆուզիայի շարժիչ ուժն է: Եթե ​​կոնցենտրացիան ամենուր նույնն է, ապա նյութի ցրված փոխանցում չկա։ Դիֆուզիայի արդյունքում կոնցենտրացիայի հավասարեցումը տեղի է ունենում միայն արտաքին ուժերի բացակայության դեպքում։ Եթե ​​ջերմաստիճանի տարբերության հետ մեկտեղ առկա է կոնցենտրացիայի տարբերություն, էլեկտրական դաշտում կամ այն ​​պայմաններում, որտեղ գրավիտացիոն ուժը նշանակալի է (բարձրության մեծ տարբերությամբ), կոնցենտրացիայի հավասարեցումն անհրաժեշտ չէ: Օրինակ՝ օդի խտության նվազումը բարձրության հետ։

Եկեք դիմենք փորձին. Երկու բաժակ ջրով են լցված, բայց մեկը սառը է, մյուսը՝ տաք։ Թեյի տոպրակները միաժամանակ թաթախեք բաժակների մեջ։ Հեշտ է նկատել, որ տաք ջրի մեջ թեյն ավելի արագ է գունավորում ջուրը, դիֆուզիան ավելի արագ է ընթանում։ Դիֆուզիայի արագությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, քանի որ փոխազդող մարմինների մոլեկուլները սկսում են ավելի արագ շարժվել:

Դիֆուզիան ամենաարագ տեղի է ունենում գազերում, ավելի դանդաղ՝ հեղուկներում և նույնիսկ ավելի դանդաղ՝ պինդ մարմիններում, ինչը պայմանավորված է այս միջավայրերում մասնիկների ջերմային շարժման բնույթով։ Գազի յուրաքանչյուր մասնիկի հետագիծը կոտրված գիծ է, քանի որ Երբ մասնիկները բախվում են, նրանք փոխում են իրենց շարժման ուղղությունը և արագությունը։ Շարժման խանգարումը հանգեցնում է նրան, որ յուրաքանչյուր մասնիկ աստիճանաբար հեռանում է այն վայրից, որտեղ եղել է, և նրա տեղաշարժը ուղիղ գծով շատ ավելի քիչ է, քան ճեղքված գծով անցած ճանապարհը: Հետևաբար, դիֆուզիոն ներթափանցումը շատ ավելի դանդաղ է, քան ազատ շարժումը (բույրերի դիֆուզիոն տարածման արագությունը, օրինակ, շատ ավելի քիչ է, քան մոլեկուլների արագությունը): Հեղուկներում, մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթին համապատասխան, դիֆուզիոն իրականացվում է մոլեկուլների ցատկերով մի ժամանակավոր հավասարակշռության դիրքից մյուսը։ Յուրաքանչյուր ցատկ տեղի է ունենում, երբ մոլեկուլին տրամադրվում է էներգիա, որը բավարար է հարևան մոլեկուլների հետ նրա կապերը կոտրելու և այլ մոլեկուլների միջավայր տեղափոխելու համար (էներգետիկորեն նոր բարենպաստ դիրքի): Միջին հաշվով ցատկը չի գերազանցում միջմոլեկուլային հեռավորությունը։ Հեղուկի մեջ մասնիկների դիֆուզիոն շարժումը կարելի է համարել շփում շփման հետ: Հեղուկի մեջ դիֆուզիոն գործակիցը մեծանում է ջերմաստիճանի հետ, ինչը պայմանավորված է տաքացման ժամանակ հեղուկի կառուցվածքի «թուլացմամբ» և միավոր ժամանակում ցատկերի քանակի համապատասխան աճով։

Պինդ մարմնում կարող են գործել մի քանի մեխանիզմներ. Առաջին մեխանիզմը գերակշռում է, օրինակ, փոխարինող պինդ լուծույթների առաջացման ժամանակ, երկրորդը՝ միջաստղային պինդ լուծույթները։ Արատների (հիմնականում թափուր տեղերի) քանակի ավելացումը հեշտացնում է ատոմների տեղաշարժը պինդ, դիֆուզիայի մեջ և հանգեցնում է դիֆուզիոն գործակիցի ավելացման։ Պինդ մարմիններում դիֆուզիոն գործակիցը բնութագրվում է ջերմաստիճանից կտրուկ (էքսպոնենցիալ) կախվածությամբ։ Այսպիսով, ցինկի ցրման գործակիցը պղնձի մեջ ավելանում է 1014 գործակցով, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է 20-ից 300 ° C:

Դիֆուզիոն գործակիցը որոշելու բոլոր փորձարարական մեթոդները պարունակում են երկու հիմնական կետ՝ դիֆուզիոն նյութերի հետ շփման մեջ մտնելը և դիֆուզիայի միջոցով փոփոխվող նյութերի բաղադրության վերլուծությունը։ Կազմը (ցրված նյութի խտությունը) որոշվում է քիմիապես, օպտիկական եղանակով (բեկման ինդեքսը կամ լույսի կլանումը փոխելով), զանգվածային սպեկտրոսկոպիկ եղանակով, պիտակավորված ատոմների մեթոդով և այլն։

2. Դիֆուզիոն պրոցեսների օգտագործում

2.1 Դիֆուզիոն մետաղների մշակման մեջ

Դիֆուզիոն մետաղացումն արտադրանքի մակերեսի դիֆուզիոն հագեցման գործընթացն է մետաղներով կամ մետալոիդներով։ Դիֆուզիոն հագեցվածությունն իրականացվում է փոշի խառնուրդի, գազային միջավայրի կամ հալած մետաղի մեջ (եթե մետաղն ունի ցածր հալման կետ):

Բորիդինգ - մետաղների և համաձուլվածքների մակերևույթի դիֆուզիոն հագեցվածությունը բորով` կարծրությունը, կոռոզիոն դիմադրությունը, մաշվածության դիմադրությունը բարձրացնելու համար իրականացվում է հալած բորի աղի մեջ էլեկտրոլիզով: Boriding-ը ապահովում է մակերեսի հատկապես բարձր կարծրություն, մաշվածության դիմադրություն, մեծացնում է կոռոզիոն դիմադրությունը և ջերմակայունությունը: Բորային պողպատներն ունեն բարձր կոռոզիոն դիմադրություն հիդրոքլորային, ծծմբային և ֆոսֆորական թթուների ջրային լուծույթներում: Բորիդինգը օգտագործվում է չուգուն և պողպատե մասերի համար, որոնք գործում են շփման պայմաններում ագրեսիվ միջավայրում (քիմիական ճարտարագիտության մեջ):

Ալյումինացումը մակերևութային շերտի ալյումինով դիֆուզիոն հագեցման գործընթաց է, որն իրականացվում է ալյումինի փոշի խառնուրդների կամ հալած ալյումինի մեջ: Նպատակը պողպատե մասերի մակերեսի բարձր ջերմակայունություն ձեռք բերելն է: Ալյումինացումն իրականացվում է պինդ և հեղուկ միջավայրերում:

Սիլիկոնացում - սիլիցիումով դիֆուզիոն հագեցվածությունն իրականացվում է գազային մթնոլորտում: Պողպատե մասի սիլիցիումով հագեցած շերտն ունի ոչ շատ բարձր կարծրություն, բայց բարձր կոռոզիոն դիմադրություն և բարձրացած մաշվածության դիմադրություն: ծովի ջուր, ազոտային, աղաթթուներում ծծմբական թթուներում: Սիլիկոնացված մասերն օգտագործվում են քիմիական, ցելյուլոզային և թղթի և նավթի արդյունաբերության մեջ: Ջերմակայունությունը բարձրացնելու համար սիլիկոնավորումն օգտագործվում է մոլիբդենի և վոլֆրամի հիման վրա համաձուլվածքներից պատրաստված արտադրանքների համար, որոնք ունեն բարձր ջերմակայունություն։

Մետաղներում դիֆուզիոն պրոցեսները կարևոր դեր են խաղում։ Եթե ​​երկու մետաղները սերտ շփման մեջ են մտնում մեկ մետաղի փոշին մյուսի հետ նստեցնելու կամ սեղմելու միջոցով և ենթարկվում են բավական բարձր ջերմաստիճանի, ապա այս երկու մետաղներից յուրաքանչյուրը կցրվի մյուսի մեջ: Եթե ​​մետաղներից մեկը հեղուկ է, ապա այն միաժամանակ ցրվում է պինդ նյութի մեջ և լուծվում այն։

Եթե ​​ելնենք մաքուր մետաղներից, ապա միջանկյալ շերտում ձևավորվում է երկու մետաղների փուլերի մի ամբողջ գամմա, սովորաբար սահմանային փուլերի խառնուրդից առանձին։ Առանձին շերտերում կոնցենտրացիաների տարբերությունը շատ տարբեր է. Հետևաբար, դիֆուզիայի արագությունը մեծապես կախված է ցանցի կառուցվածքից: Պինդ լուծույթների շարունակական շարքի դեպքում դիֆուզիոն արագությունը կախված է նաև զանգվածի բաղադրությունից. Այսպիսով, պղնձի տարածումը նիկելի մեջ բարձր հալման կետով շատ ավելի դանդաղ է, քան նիկելի տարածումը պղնձի մեջ: Նույն մետաղում մյուս մետաղները ցրվում են, ինչպես ցույց տվեցին Գևեզի և Սեպտսի փորձերը կապարի հետ, ավելի մեծ արագությամբ, որքան հեռու են նրանք իրենց խմբերում պարբերական համակարգում միմյանցից (որքան հեռու են իրենց վալենտականությամբ): Օգտագործելով կապարի ռադիոակտիվ իզոտոպը, կարելի է նաև հաստատել, որ միատարր ատոմները տեղերը փոխանակում են հատկապես դանդաղ։ Այս ավտոդիֆուզիայի փաստը հստակ ցույց է տալիս բարձր ջերմաստիճաններում մետաղի ատոմների տեղաշարժը, որի վրա հիմնված է նաև բյուրեղացումը և բյուրեղների աճը։

Դիֆուզիան (բառացիորեն) ցրվելն է, տարածվելը, տարածվելը։ Ֆիզիկապես բնութագրում է էներգիայի կամ նյութի փոխանցման գործընթացը բարձր կենտրոնացված տարածքից դեպի նվազեցված կոնցենտրացիան ունեցող տարածք: Ամենատարածված երեւույթը, որի հետ կապված է դիֆուզիան, գազի մոլեկուլների (օրինակ, երբ օծանելիքի բույրը տարածվում է օդում) կամ հեղուկների խառնումն է։ Նույն գործընթացը կարող է դիտվել նաև պինդ մարմիններում: Օրինակ, եթե ձողի ծայրը էլեկտրական լիցքավորված է կամ տաքացվում է, ապա ջերմությունը (կամ լիցքը) աստիճանաբար կտարածվի տաքից սառը տարածք: Ավելին, եթե մետաղյա առարկա վերցնեք, ապա ջերմությունը բավական արագ կտարածվի, և էլեկտրաէներգիա- ակնթարթորեն: Եթե ​​ձողը պատրաստված է սինթետիկ նյութից, ապա ջերմային տարածումը ընթանալու է դանդաղ, իսկ էլեկտրական տարածումը կլինի ավելի դանդաղ: Պինդ մարմինների դիֆուզիան տեղի է ունենում նույնիսկ ավելի ցածր արագությամբ:

Հարկ է նշել, որ այս տերմինը (ինչպես շատ ուրիշներ) այսօր օգտագործվում է ոչ միայն ֆիզիկայում։

Կա, օրինակ, այնպիսի բան, ինչպիսին է նորարարությունների տարածումը։ Սա մի գործընթաց է, որով հաղորդակցման ուղիներով նորարարության փոխանցումը տնտեսվարող սուբյեկտներին ժամանակին է իրականացվում։ Տվյալ դեպքում դիֆուզիան տեղեկատվության տարածումն է, որի արագությունն ու ձևը կախված են նրանից Մեծ նշանակությունունեն նաև տնտեսական գործունեություն իրականացնող սուբյեկտների կողմից տեղեկատվության ընկալման առանձնահատկությունները, ինչպես նաև նրանց կարողությունը գործնական կիրառությունտեղեկատվություն է ստացել։ Նորարարության տարածմամբ, որն արդեն մեկ անգամ յուրացվել է և կիրառվել մեկ այլ ոլորտում, սպառողների և արտադրողների թիվն ավելանում է նոր վայրերում և պայմաններում: Գործընթացի շարունակականությունը կազմում է շուկայական տնտեսության մեջ նորարարությունների բաշխման սահմաններն ու ձևերը։

Փորձագետները նշում են, որ համատեքստում տնտեսական գործունեությունդիֆուզիան ունի ցիկլային բնույթ։ Միևնույն ժամանակ, ներդրման, նորարարությունների տարածման ողջ գործընթացի իրականացումը բաժանվում է որոշակի փուլերի՝ հիմնարար և կիրառական հետազոտություն, մշակում և նախագծում, շինարարություն, մշակում, ինչպես նաև. արդյունաբերական արտադրություն, մարքեթինգ և վաճառք:

Մշակութային դիֆուզիան հասկացություն է, որն օգտագործվում է սոցիալական ոլորտում։ Այն բնութագրում է որոշակի հատկանիշների փոխադարձ ներթափանցման գործընթացը մի սոցիալական խմբից մյուսը, երբ նրանք շփվում են: Միևնույն ժամանակ, դիֆուզիան չի կարող որևէ հետք թողնել փոխազդող մշակույթներից որևէ մեկի վրա: Այնուամենայնիվ, կարող է պատահել, որ այս ներթափանցումը հրահրի ուժեղ և հավասար (կամ միակողմանի) ազդեցություն: Այն ուղիները, որոնցով տեղի է ունենում դիֆուզիոն, հիմնականում զբոսաշրջությունն է, պատերազմը, առևտուրը, գիտաժողովներ, տոնավաճառներ և ցուցահանդեսներ, մասնագետների և ուսանողների փոխանակում։

Սոցիալական ոլորտում նորարարությունների տարածումը կարող է իրականացվել երկու ուղղությամբ՝ հորիզոնական կամ ուղղահայաց։

Հորիզոնական ներթափանցում (միջխմբային դիֆուզիոն) նշվում է կարգավիճակով հավասար անհատների, խմբերի միջև։

Ուղղահայաց տարածումը տեղի է ունենում անհավասար կարգավիճակ ունեցող առարկաների միջև: Այս գործընթացը կոչվում է շերտավորման դիֆուզիա:

Այն բնութագրվում է բնակչության ընդգծված խորհրդանշական բևեռացմամբ։ Մի շարք մշակութաբանների կարծիքով՝ միջին խավն այսօր համարվում է ապրելակերպի և ոճի օրինակ (ինչպես բարձր, այնպես էլ ցածր խավերի համար)։

Հասարակությանը բերում է ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական գծեր: Այսպիսով, կյանքի մասին վեհ գաղափարների տարածումը միջին և (մասնավորապես) ստորին շերտերին նշանակում է մի կողմից ժողովրդի լուսավորություն և ժողովրդավարացում։ Մյուս կողմից՝ բարձր մշակույթն այս դեպքում կարելի է պարզունակ ու գռեհիկ ընկալել։

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 իմաստ Իսկ ինչպե՞ս կարող ես դրանով կյանքը հեշտացնել։ Այսօր մենք կխոսենք այս մասին:

հետ շփման մեջ

Դասընկերներ

Դիֆուզիոն 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. Ինչպես է այն կիրառվում իրական կյանք?

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: Իհարկե! 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 10 օր տեղադրվում է ջեռոցում։ 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 որտեղից կարող եք գործնական օգուտներ ստանալ: ֆիզիկական երևույթ.

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 աղի ջուրսկսում է ցրվել վարունգով: 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:

Ֆիզիկայի բազմաթիվ երևույթների շարքում դիֆուզիոն պրոցեսն ամենապարզ և հասկանալիներից է։ Ի վերջո, ամեն առավոտ, պատրաստելով իրեն բուրավետ թեյ կամ սուրճ, մարդը հնարավորություն ունի գործնականում դիտարկել այս արձագանքը: Եկեք ավելին իմանանք այս գործընթացի և ագրեգացման տարբեր վիճակներում դրա առաջացման պայմանների մասին:

Ինչ է դիֆուզիան

Այս բառը վերաբերում է մի նյութի մոլեկուլների կամ ատոմների ներթափանցմանը մյուսի նմանատիպ կառուցվածքային միավորների միջև։ Այս դեպքում ներթափանցող միացությունների կոնցենտրացիան հարթեցվում է։

Այս գործընթացը առաջին անգամ մանրամասն նկարագրել է գերմանացի գիտնական Ադոլֆ Ֆիկը 1855 թվականին։

Այս տերմինի անվանումը առաջացել է լատիներեն diffusio (փոխազդեցություն, ցրում, բաշխում) բառից։

Դիֆուզիոն հեղուկի մեջ

Քննարկվող գործընթացը կարող է տեղի ունենալ ագրեգացման բոլոր երեք վիճակներում գտնվող նյութերի դեպքում՝ գազային, հեղուկ և պինդ: Գտնել գործնական օրինակներսա, դուք պարզապես պետք է նայեք խոհանոցին:

Դրանցից է վառարանում եփած բորշը։ Ջերմաստիճանի ազդեցության տակ գլյուկոզին բետանինի մոլեկուլները (նյութ, որի շնորհիվ ճակնդեղն ունի այդքան հարուստ որդան կարմիր գույն) հավասարապես փոխազդում են ջրի մոլեկուլների հետ՝ տալով նրան յուրահատուկ բորդո երանգ։ Այս դեպքը հեղուկների մեջ է։

Բացի բորշից, այս գործընթացը կարելի է տեսնել նաև մեկ բաժակ թեյի կամ սուրճի մեջ։ Այս երկու ըմպելիքներն էլ ունեն այնքան միատեսակ հարուստ երանգ՝ կապված այն բանի հետ, որ թեյի տերևները կամ սուրճի մասնիկները, լուծվելով ջրի մեջ, հավասարապես տարածվում են դրա մոլեկուլների միջև՝ գունավորելով այն։ Իննսունականների բոլոր հայտնի լուծվող ըմպելիքների ակցիան կառուցված է նույն սկզբունքով. Yupi, Invite, Zuko:

Գազերի փոխներթափանցում

Հոտ կրող ատոմները և մոլեկուլները ակտիվ շարժման մեջ են և արդյունքում խառնվում են արդեն օդում գտնվող մասնիկների հետ և բավականին հավասարապես ցրված են սենյակի ամբողջ ծավալով:

Սա գազերի մեջ դիֆուզիայի դրսեւորում է։ Հարկ է նշել, որ դիտարկվող գործընթացին է պատկանում նաև օդի բուն ներշնչումը, ինչպես նաև խոհանոցում թարմ պատրաստված բորշի ախորժելի հոտը։

Դիֆուզիոն պինդ մարմիններում

Խոհանոցի սեղանը, որի վրա կանգնած են ծաղիկները, ծածկված է վառ սփռոցով։ դեղին գույն. Նա ստացել է նմանատիպ երանգ՝ շնորհիվ պինդ մարմիններում դիֆուզիոն տեղի ունենալու ունակության:

Կտավին միատեսակ երանգ տալու գործընթացը տեղի է ունենում մի քանի փուլով հետևյալ կերպ.

1. Դեղին պիգմենտի մասնիկները ցրված են ներկի բաքում դեպի մանրաթելային նյութը:
2. Այնուհետեւ դրանք ներծծվել են ներկված գործվածքի արտաքին մակերեսով։
3. Հաջորդ քայլը դարձյալ ներկի տարածումն էր, բայց այս անգամ գործվածքի մանրաթելերի մեջ։
4. Եզրափակիչում գործվածքը ամրացրել է պիգմենտի մասնիկները՝ այդպիսով դառնալով գունավոր։

Գազերի դիֆուզիան մետաղներում

Սովորաբար, խոսելով այս գործընթացի մասին, դիտարկենք նյութերի փոխազդեցությունը նույն ագրեգատային վիճակներում: Օրինակ՝ դիֆուզիոն պինդ մարմիններում, պինդ նյութեր. Այս երեւույթն ապացուցելու համար փորձ է կատարվում միմյանց դեմ սեղմված երկու մետաղական թիթեղներով (ոսկի և կապար)։ Նրանց մոլեկուլների փոխներթափանցումը բավական երկար ժամանակ է պահանջում (հինգ տարում մեկ միլիմետր)։ Այս գործընթացն օգտագործվում է անսովոր զարդեր պատրաստելու համար։

Այնուամենայնիվ, միացությունները տարբեր ագրեգատային վիճակներում նույնպես ունակ են ցրվելու։ Օրինակ՝ կա գազերի դիֆուզիոն պինդ մարմիններում։

Փորձերի ընթացքում ապացուցվել է, որ նմանատիպ գործընթաց տեղի է ունենում ատոմային վիճակում։ Այն ակտիվացնելու համար, որպես կանոն, պահանջվում է ջերմաստիճանի և ճնշման զգալի աճ։

Պինդ մարմիններում նման գազային դիֆուզիայի օրինակ է ջրածնի կոռոզիան։ Այն դրսևորվում է այն իրավիճակներում, երբ ոմանց գործընթացում առաջանում է քիմիական ռեակցիաՋրածնի ատոմները (H 2) բարձր ջերմաստիճանների ազդեցության տակ (200-ից 650 աստիճան Ցելսիուս) թափանցում են մետաղի կառուցվածքային մասնիկների միջև։

Բացի ջրածնից, թթվածնի և այլ գազերի դիֆուզիոն կարող է տեղի ունենալ նաև պինդ մարմիններում։ Աչքի համար աննկատ այս գործընթացը մեծ վնաս է պատճառում, քանի որ դրա պատճառով մետաղական կառույցները կարող են փլուզվել։

Հեղուկների դիֆուզիան մետաղներում

Այնուամենայնիվ, ոչ միայն գազի մոլեկուլները կարող են թափանցել պինդ մարմինների մեջ, այլ նաև հեղուկների: Ինչպես ջրածնի դեպքում, ամենից հաճախ այս գործընթացը հանգեցնում է կոռոզիայի (եթե խոսքը մետաղների մասին է)։

Պինդ մարմիններում հեղուկի դիֆուզիայի դասական օրինակ է մետաղների կոռոզիան ջրի (H 2 O) կամ էլեկտրոլիտային լուծույթների ազդեցության տակ։ Շատերի համար այս գործընթացը ավելի ծանոթ է ժանգոտման անվան տակ: Ի տարբերություն ջրածնային կոռոզիայի, գործնականում այն ​​պետք է շատ ավելի հաճախ հանդիպի:

Դիֆուզիայի արագացման պայմանները. Դիֆուզիայի գործակիցը

Զբաղվելով այն նյութերի հետ, որոնցում կարող է տեղի ունենալ դիտարկվող գործընթացը, արժե իմանալ դրա առաջացման պայմանների մասին:

Առաջին հերթին, դիֆուզիայի արագությունը կախված է փոխազդող նյութերի ագրեգացման վիճակից։ Որքան շատ է տեղի ունենում ռեակցիան, այնքան դանդաղ է դրա արագությունը:

Այս առումով հեղուկների և գազերի մեջ դիֆուզիան միշտ ավելի ակտիվ կլինի, քան պինդ մարմիններում:

Օրինակ, եթե կալիումի պերմանգանատ KMnO 4-ի (կալիումի պերմանգանատ) բյուրեղները ջրի մեջ գցեն, մի քանի րոպեի ընթացքում դրանք գեղեցիկ բոսորագույն գույն կտան: Այնուամենայնիվ, եթե սառույցի կտորի վրա ցողեք KMnO 4 բյուրեղներ և այն ամբողջը դնեք սառնարանում, մի քանի ժամ անց կալիումի պերմանգանատը չի կարողանա ամբողջովին գունավորել սառեցված H 2 O-ը։

Նախորդ օրինակից կարելի է ևս մեկ եզրակացություն անել դիֆուզիայի պայմանների վերաբերյալ։ Բացի այդ ագրեգացման վիճակ, ջերմաստիճանը նույնպես ազդում է մասնիկների փոխներթափանցման արագության վրա։

Դիտարկվող գործընթացի կախվածությունը դրանից դիտարկելու համար արժե սովորել այնպիսի հասկացության մասին, ինչպիսին է դիֆուզիոն գործակիցը։ Սա նրա արագության քանակական բնութագրի անվանումն է։

Բանաձևերի մեծ մասում այն ​​նշվում է մեծատառ լատինատառ D-ով, իսկ SI համակարգում այն ​​չափվում է քառակուսի մետրվայրկյանում (մ²/վրկ), երբեմն՝ սանտիմետր վայրկյանում (սմ 2/մ):

Դիֆուզիայի գործակիցը հավասար է նյութի քանակին, որը ցրված է միավորի մակերեսով մեկ միավորի ընթացքում, պայմանով, որ երկու մակերևույթների խտությունների տարբերությունը (գտնվում է միավորի երկարությանը հավասար հեռավորության վրա) հավասար է մեկի: D-ն որոշող չափորոշիչներն են այն նյութի հատկությունները, որոնցում տեղի է ունենում բուն մասնիկների ցրման գործընթացը և դրանց տեսակը։

Գործակիցի կախվածությունը ջերմաստիճանից կարելի է նկարագրել օգտագործելով Arrhenius հավասարումը. D = D 0exp (-E/TR):

Հաշվարկված բանաձևում E-ն գործընթացն ակտիվացնելու համար պահանջվող նվազագույն էներգիան է. T - ջերմաստիճան (չափվում է Կելվինով, ոչ Ցելսիուսով); R-ն իդեալական գազի գազի հաստատուն հատկանիշն է:

Բացի վերը նշված բոլորից, պինդ մարմիններում, գազերում հեղուկներում դիֆուզիայի արագության վրա ազդում են ճնշումը և ճառագայթումը (ինդուկտիվ կամ բարձր հաճախականությամբ): Բացի այդ, շատ բան կախված է կատալիտիկ նյութի առկայությունից, հաճախ այն գործում է որպես ձգանման մեխանիզմ մասնիկների ակտիվ ցրման մեկնարկի համար:

Դիֆուզիոն հավասարում

Այս երևույթը մասնակի ածանցյալներով դիֆերենցիալ հավասարման որոշակի ձև է:

Դրա նպատակն է գտնել նյութի կոնցենտրացիայի կախվածությունը տարածության (որում այն ​​ցրվում է) չափից և կոորդինատներից, ինչպես նաև ժամանակից։ Այս դեպքում տվյալ գործակիցը բնութագրում է միջավայրի թափանցելիությունը ռեակցիայի համար։

Ամենից հաճախ դիֆուզիոն հավասարումը գրվում է հետևյալ կերպ՝ ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x .

Նրանում φ (t և r) ցրման նյութի խտությունն է r կետում t ժամանակում։ D (φ, r)-ը r կետում φ խտության ընդհանրացված դիֆուզիայի գործակիցն է:

∇ վեկտորային դիֆերենցիալ օպերատոր է, որի կոորդինատային բաղադրիչները մասնակի ածանցյալներ են։

Երբ դիֆուզիոն գործակիցը կախված է խտությունից, հավասարումը ոչ գծային է: Երբ ոչ - գծային:

Հաշվի առնելով դիֆուզիայի սահմանումը և այս գործընթացի առանձնահատկությունները տարբեր միջավայրեր, կարելի է նշել, որ այն ունի և՛ դրական, և՛ բացասական կողմեր։