Difuzija iš lotynų kalbos išversta kaip paskirstymas arba sąveika. Difuzija yra labai svarbi fizikos sąvoka. Difuzijos esmė – kai kurių medžiagos molekulių prasiskverbimas į kitas. Maišymo proceso metu abiejų medžiagų koncentracijos išlyginamos pagal jų užimamą tūrį. Medžiaga juda iš didesnės koncentracijos vietos į mažesnės koncentracijos vietą, dėl to koncentracijos išsilygina. Apsvarstę, kas yra difuzija, turėtume pereiti prie sąlygų, kurios gali turėti įtakos šio reiškinio pasireiškimo greičiui.

Difuzijai įtakos turintys veiksniai

Kad suprastume, nuo ko priklauso difuzija, panagrinėkime jai įtakos turinčius veiksnius.

Difuzija priklauso nuo temperatūros. Didėjant temperatūrai difuzijos greitis didės, nes kylant temperatūrai didės molekulių judėjimo greitis, tai yra, molekulės susimaišys greičiau. Medžiagos agregacijos būsena taip pat turės įtakos tai, nuo ko priklauso difuzija, būtent difuzijos greičiui. Šiluminė difuzija priklauso nuo molekulių tipo. Pavyzdžiui, jei objektas yra metalinis, šiluminė difuzija vyksta greičiau, kitaip nei tuo atveju, jei objektas būtų pagamintas iš sintetinės medžiagos. Difuzija tarp kietųjų medžiagų vyksta labai lėtai. Difuzija turi didelę reikšmę gamtoje ir žmogaus gyvenime.

Sklaidos pavyzdžiai

Norėdami geriau suprasti, kas yra difuzija, pažvelkime į tai su pavyzdžiais. Medžiagų molekulės, nepaisant jų agregacijos būsenos, nuolat juda. Todėl difuzija vyksta dujose, gali vykti skysčiuose, taip pat ir kietose medžiagose. Difuzija yra dujų susimaišymas. Paprasčiausiu atveju tai yra kvapų sklaida. Jei į vandenį įdėsite kokių nors dažų, po kurio laiko skystis taps vienodos spalvos. Jei liečiasi du metalai, tada ties sąlyčio riba jų molekulės susimaišo.

Taigi difuzija yra medžiagos molekulių maišymasis atsitiktinio šiluminio judėjimo metu.

Turime apibrėžti, ką fizikoje reiškia difuzijos sąvoka.

Difuzija

Ši sąvoka atėjo pas mus iš lotynų kalbos ir vertime žodis „difuzija“ reiškia plitimą, plitimą. Kaip galima suprasti iš vertimo, terminas difuzija reiškia abipusį vienos medžiagos dalelių prasiskverbimą į kitą medžiagą, veikiant įvairiems veiksniams.

Šį procesą sukelia atitinkamų medžiagų molekulių judėjimas. O ryškiausias difuzijos pavyzdys – įvairių dujų maišymasis.

Šių procesų greitis visų pirma gali priklausyti nuo tokio veiksnio, kaip nagrinėjamų medžiagų agregacijos būsena. Tai yra, kaip galime suprasti, skysčių ir dujų atvejais šis procesas užtruks daug trumpiau nei, pavyzdžiui, su kietomis medžiagomis.

Taip pat šios reakcijos greitis priklauso nuo medžiagų temperatūros. Žinome, kad kylant temperatūrai didėja molekulių judėjimo greitis, todėl vieno kūno molekulių maišymosi ir prasiskverbimo į kitą greitis bus didesnis.

Kitas veiksnys, turintis įtakos difuzijos greičiui, yra slėgis. Šis reiškinys turi sudėtingiausią poveikį medžiagoms. Tai reiškia, kad šis mechanizmas sumažina medžiagų kiekį, laisvų laisvų vietų atomams skaičių ir padidina intersticinių atomų kiekį.

Difuzijos tipai

Difuzija skirstoma į keletą tipų, atsižvelgiant į atitinkamų medžiagų agregatinę būseną:

• dujų difuzija;
• skysčių difuzija;
• plazmos difuzija;
• kristalų difuzija;
• kietųjų medžiagų difuzija.

Dėl nereikšmingo molekulių dydžio jų kiekis medžiagoje yra didžiulis. Bet kurios medžiagos molekulių judėjimas yra nenutrūkstamas ir atsitiktinis. Susidūrusios su orą sudarančiomis dujų molekulėmis, medžiagos molekulės daug kartų keičia savo judėjimo kryptį. Ir judėdami atsitiktinai, jie išsibarsto po kambarį. Vyksta savaiminis medžiagų susimaišymas. Tai yra difuzijos procesas. Reiškinys, kai įvyksta vienos medžiagos molekulių tarpusavio prasiskverbimas tarp kitos molekulių vadinamas difuzija gali vykti bet kurioje medžiagoje: dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose. Greičiausiai šis procesas vyks dujose, nes atstumas tarp molekulių yra gana didelis, o traukos jėgos tarp jų yra. Skysčiuose difuzija vyks lėčiau nei dujose. Tai paaiškinama tuo, kad molekulės yra tankesnės, todėl per jas „pravažiuoti“ yra daug sunkiau. Lėčiausiai difuzija vyksta kietose medžiagose, o tai galima paaiškinti tankiu molekulių išsidėstymu. Jei sklandžiai poliruotos plokštelės ir auksas dedami vienas ant kito ir apkraunami, tai po penkerių metų galima stebėti difuziją vieno milimetro gyliu.Difuzijos reiškinys greitėja kylant temperatūrai. Taip nutinka todėl, kad kylant medžiagos temperatūrai jos molekulės juda greičiau. Ir abipusis maišymas vyks greičiau. Todėl karštoje arbatoje cukrus ištirpsta greičiau nei šaltoje.Didelį vaidmenį atlieka difuzija. Pavyzdžiui, įvairių druskų tirpalų difuzija dirvožemyje prisideda prie normalios augalų mitybos. Žmonėms šis reiškinys gyvybiškai svarbus, pavyzdžiui, difuzijos dėka deguonis iš plaučių prasiskverbia į žmogaus kraują, o iš kraujo – į audinius.

Video tema

Šaltiniai:

• kepenų difuzija

Difuzija (iš lot. diffusio - pasiskirstymas, sklaida, sklaida) – tai reiškinys, kai tarp skirtingų medžiagų molekulės pastebimas abipusis skverbimasis, t.y. vienos medžiagos molekulės prasiskverbia tarp kitos medžiagos molekulių ir atvirkščiai.

Sklaida kasdieniame gyvenime

Difuzijos reiškinį dažnai galima pastebėti kasdieniame žmogaus gyvenime. Taigi, jei į kambarį atsinešite bet kokio kvapo šaltinį – pavyzdžiui, kavos ar kvepalų – šis kvapas greitai pasklis po visą kambarį. Kvapiųjų medžiagų sklaida atsiranda dėl nuolatinio molekulių judėjimo. Pakeliui jie susiduria su dujų molekulėmis, kurios sudaro orą, keičia kryptį ir, atsitiktinai judėdamos, išsisklaido po visą kambarį. Šis kvapo plitimas yra chaotiško ir nuolatinio molekulių judėjimo įrodymas.

Kaip įrodyti, kad kūnai susideda iš nuolat judančių molekulių

Norint įrodyti, kad visi kūnai susideda iš nuolat judančių molekulių, galima atlikti tokį fizikinį eksperimentą.

Į ritinį arba stiklinę supilkite tamsiai mėlyną vario sulfato tirpalą. Ant viršaus atsargiai užpilkite švarų vandenį. Iš pradžių tarp skysčių bus matoma aštri riba, tačiau po kelių dienų ji taps neryški. Po poros savaičių riba, vanduo iš vario sulfato tirpalo, visiškai išnyks, o inde susidarys vienalytis šviesiai mėlyno atspalvio skystis. Tai parodys, kad skysčiai susimaišė.

Norint paaiškinti pastebėtą reiškinį, galima daryti prielaidą, kad šalia sąsajos esančios vario sulfato ir vandens molekulės keičiasi vietomis. Riba tarp skysčių tampa neryški, nes vario sulfato molekulės juda į apatinį vandens sluoksnį, o vandens molekulės juda į viršutinį mėlynojo tirpalo sluoksnį. Palaipsniui visų šių medžiagų molekulės, atsitiktinai ir nuolat judant, pasklinda po visą tūrį, todėl skystis tampa vienalytis. Šis reiškinys vadinamas

Įvadas

Žmogus gyvena glaudžiai susijęs su natūralia aplinka. Jis tai įtakoja, keisdamas ir pritaikydamas savo poreikiams, savo praktinėje veikloje kurdamas savotišką „antrąją“ prigimtį, mikroaplinką. Ir natūralu, kad naudodamas grynai utilitarinius materialinės kultūros objektus, mokslo ir technikos pasiekimus, žmogus patiria tam tikrą požiūrį į juos. O tai yra požiūris į įvairius fizinius reiškinius, vykstančius aplink žmogų, pasaulyje.

Fizinis gamtoje vykstančių procesų supratimas nuolat tobulėja. Daugelis naujų atradimų netrukus bus pritaikyti technologijose ir pramonėje. Tačiau nauji tyrimai nuolat kelia naujų paslapčių ir atranda reiškinius, kuriems paaiškinti reikia naujų fizinių teorijų. Nepaisant milžiniško sukauptų žinių kiekio, šiuolaikinė fizika dar labai toli nepaaiškina visų gamtos reiškinių.

Šiame darbe bus nagrinėjamas specifinis fizikinis reiškinys – difuzija. Vienas reikšmingiausių fizikos reiškinių, turintis tiek daug, su kuo kasdien susiduriame ir naudojame savo labui.

Darbe bus nagrinėjami 4 su sklaida susiję klausimai:

• atradimų istorija;
• apibūdinimas kaip fizinis reiškinys;
• fizinė šio reiškinio prasmė;
• praktinis pritaikymas žmogaus gyvenime.

1. Fizikinio reiškinio sklaidos atradimo istorija

Mikroskopu stebėdamas gėlių žiedadulkių suspensiją vandenyje, Robertas Brownas pastebėjo chaotišką dalelių judėjimą, kuris atsirado „nei dėl skysčio judėjimo, nei dėl jo išgaravimo“. 1 µm ar mažesnio dydžio pakibusios dalelės, matomos tik pro mikroskopą, atliko netvarkingus nepriklausomus judesius, apibūdinančius sudėtingas zigzago trajektorijas. Brauno judėjimas laikui bėgant nesusilpnėja ir nepriklauso nuo terpės cheminių savybių; jo intensyvumas didėja didėjant terpės temperatūrai ir mažėjant klampumui bei dalelių dydžiui. Netgi kokybinis Brauno judėjimo priežasčių paaiškinimas buvo įmanomas tik po 50 metų, kai Brauno judėjimo priežastis buvo pradėta sieti su skysčio molekulių poveikiu jame pakibusios dalelės paviršiuje.

Pirmąją kiekybinę Brauno judėjimo teoriją A. Einšteinas ir M. Smoluchovskis pateikė 1905-06 m. remiantis molekuline kinetikos teorija. Buvo įrodyta, kad atsitiktiniai Browno dalelių pasivaikščiojimai yra susiję su jų dalyvavimu šiluminiame judėjime kartu su terpės, kurioje jie yra suspenduoti, molekulėmis. Dalelių kinetinė energija vidutiniškai yra vienoda, tačiau dėl didesnės masės jų greitis yra mažesnis. Brauno judėjimo teorija atsitiktinius dalelės judesius paaiškina atsitiktinių molekulių jėgų ir trinties jėgų veikimu. Remiantis šia teorija, skysčio ar dujų molekulės yra nuolatiniame šiluminiame judėjime, o skirtingų molekulių impulsai nėra vienodi pagal dydį ir kryptį. Jei į tokią terpę patalpintos dalelės paviršius yra mažas, kaip yra Brauno dalelės atveju, tada dalelės patiriamas poveikis iš ją supančių molekulių nebus tiksliai kompensuotas. Todėl dėl molekulių „bombardavimo“ Brauno dalelė pradeda atsitiktinai judėti, pakeičiant savo greičio dydį ir kryptį maždaug 10 kartų. 14 kartą per sekundę Iš šios teorijos išplaukė, kad išmatavus dalelės poslinkį per tam tikrą laiką ir žinant jos spindulį bei skysčio klampumą, galima apskaičiuoti Avogadro skaičių.

Brauno judėjimo teorijos išvadas patvirtino J. Perrin ir T. Svedberg matavimai 1906 m. Remiantis šiais ryšiais buvo eksperimentiškai nustatytos Boltzmanno konstanta ir Avogadro konstanta. (Avogadro konstanta žymima N A , molekulių arba atomų skaičius 1 molyje medžiagos, N A =6,022.1023apgamas -1; vardas A. Avogadro garbei. Boltzmanno konstanta, fizinė konstanta k, lygi universaliosios dujų konstantos R ir Avogadro skaičiaus N santykiui A : k=R/N A = 1,3807.10-23J/K. Pavadintas L. Boltzmanno vardu.)

Stebint Brauno judėjimą, dalelės padėtis registruojama reguliariais intervalais. Kuo trumpesni laiko intervalai, tuo labiau sulaužyta dalelės trajektorija.

Brauno judėjimo dėsniai yra aiškus pagrindinių molekulinės kinetinės teorijos principų patvirtinimas. Galiausiai buvo nustatyta, kad šiluminė materijos judėjimo forma atsiranda dėl chaotiško atomų ar molekulių, sudarančių makroskopinius kūnus, judėjimo.

Brauno judėjimo teorija suvaidino svarbų vaidmenį statistinės mechanikos pagrindime, ja grindžiama vandeninių tirpalų koaguliacijos (maišymo) kinetinė teorija. Be to, tai taip pat turi praktinę reikšmę metrologijoje, nes Brauno judėjimas laikomas pagrindiniu veiksniu, ribojančiu matavimo priemonių tikslumą. Pavyzdžiui, veidrodinio galvanometro rodmenų tikslumo ribą lemia veidrodžio vibracija, kaip Brauno dalelė, bombarduojama oro molekulių. Brauno judėjimo dėsniai lemia atsitiktinį elektronų judėjimą, kuris sukelia triukšmą elektros grandinėse. Dielektrikų dielektrikų nuostoliai paaiškinami atsitiktiniais dipolio molekulių, sudarančių dielektriką, judėjimu. Atsitiktiniai jonų judėjimai elektrolitų tirpaluose padidina jų elektrinę varžą.

1 pav. Brauno dalelių trajektorijos (Perrin eksperimento schema); taškai žymi dalelių padėtis vienodais laiko intervalais

Taigi difuzija, arba Brauno judėjimas, yra atsitiktinis skystyje ar dujose pakibusių mažyčių dalelių judėjimas, atsirandantis veikiant aplinkos molekulių poveikiui, kurį 1827 m. atrado R. Brownas.

2. Fizikinio reiškinio sklaidos aprašymas

Difuzija (lot. diffusio – plitimas, plitimas, sklaida, sąveika) – vienos medžiagos molekulių abipusio prasiskverbimo tarp kitos molekulių procesas, dėl kurio spontaniškai išlyginama jų koncentracija visame užimamame tūryje. Kai kuriose situacijose viena iš medžiagų jau turi išlygintą koncentraciją ir kalbama apie vienos medžiagos difuziją kitoje. Šiuo atveju medžiaga perkeliama iš didelės koncentracijos srities į mažos koncentracijos sritį (atsižvelgiant į koncentracijos gradientą)

Difuzijos pavyzdys – dujų maišymasis (pavyzdžiui, sklinda kvapai) arba skysčiai (jei į vandenį pilamas rašalas, po kurio laiko skystis įgaus vienodos spalvos). Kitas pavyzdys yra susijęs su kietosiomis medžiagomis: metalų atomai, besiliečiantys, dalelių difuzija vaidina svarbų vaidmenį plazmos fizikoje.

Dažniausiai difuzija suprantama kaip procesai, lydimi medžiagos pernešimo, tačiau kartais difuzija vadinami ir kiti perdavimo procesai: šilumos laidumas, klampi trintis ir kt.

Sklaidos greitis priklauso nuo daugelio veiksnių. Taigi metalinio strypo atveju šiluminė difuzija vyksta labai greitai. Jei strypas pagamintas iš sintetinės medžiagos, šiluminė difuzija vyksta lėtai. Molekulių difuzija bendruoju atveju vyksta dar lėčiau. Pavyzdžiui, jei į stiklinės vandens dugną dedamas cukraus gabalėlis ir vanduo nemaišomas, praeis kelios savaitės, kol tirpalas taps vienalytis. Vienos kietos medžiagos difuzija į kitą vyksta dar lėčiau. Pavyzdžiui, jei varis yra padengtas auksu, tada aukso difuzija į varį įvyks, tačiau normaliomis sąlygomis (kambario temperatūra ir atmosferos slėgis) aukso sluoksnis kelių mikronų storį pasieks tik po kelių tūkstančių metų.

3. Fizinė difuzijos reiškinio reikšmė

Visos difuzijos rūšys paklūsta tiems patiems dėsniams. Sklaidos greitis yra proporcingas mėginio skerspjūvio plotui, taip pat koncentracijų, temperatūrų ar krūvių skirtumams (jei šių parametrų reikšmės santykinai mažos). Taigi per dviejų centimetrų skersmens strypą šiluma pasklis keturis kartus greičiau nei per vieno centimetro skersmens strypą. Ši šiluma pasklis greičiau, jei temperatūrų skirtumas per vieną centimetrą bus 10°C, o ne 5°C. Difuzijos greitis taip pat yra proporcingas tam tikrą medžiagą apibūdinančiam parametrui. Šiluminės difuzijos atveju šis parametras vadinamas šilumos laidumu, o elektros krūvių srauto atveju – elektros laidumu. Medžiagos kiekis, kuris išsklaido per tam tikrą laiką, ir difunduojančios medžiagos nuvažiuotas atstumas yra proporcingi difuzijos laiko kvadratinei šaknims.

Difuzija yra molekulinio lygmens procesas, kurį lemia atsitiktinis atskirų molekulių judėjimo pobūdis. Todėl difuzijos greitis yra proporcingas vidutiniam molekulių greičiui. Dujų atveju vidutinis mažų molekulių greitis yra didesnis, būtent jis yra atvirkščiai proporcingas molekulės masės kvadratinei šaknis ir didėja didėjant temperatūrai. Difuzijos procesai kietose medžiagose aukštoje temperatūroje dažnai pritaikomi praktiškai. Pavyzdžiui, tam tikrų tipų katodinių spindulių vamzdeliuose (CRT) naudojamas torio metalas, išsklaidytas per volframo metalą 2000 °C temperatūroje.

Jei dujų mišinyje vienos molekulės masė yra keturis kartus didesnė už kitos, tai tokia molekulė juda dvigubai lėčiau nei judėjimas grynose dujose. Atitinkamai, jo difuzijos greitis taip pat yra mažesnis. Šis lengvųjų ir sunkiųjų molekulių difuzijos greičio skirtumas naudojamas skirtingos molekulinės masės medžiagoms atskirti. Pavyzdys yra izotopų atskyrimas. Jei per porėtą membraną praleidžiamos du izotopai, lengvesni izotopai pro membraną prasiskverbia greičiau nei sunkesni. Norint geriau atskirti, procesas atliekamas keliais etapais. Šis procesas buvo plačiai naudojamas atskirti urano izotopus (235U atskyrimas nuo masinio 238U). Kadangi šis atskyrimo būdas reikalauja daug energijos, buvo sukurti kiti, ekonomiškesni atskyrimo būdai. Pavyzdžiui, šiluminės difuzijos panaudojimas dujų aplinkoje yra plačiai išvystytas. Dujos, kuriose yra izotopų mišinys, dedamos į kamerą, kurioje palaikomas erdvinis temperatūros skirtumas (gradientas). Tokiu atveju sunkieji izotopai laikui bėgant koncentruojasi šaltame regione.

Ficko lygtis.

Termodinamikos požiūriu bet kokio niveliavimo proceso varomasis potencialas yra entropijos padidėjimas. Esant pastoviam slėgiui ir temperatūrai, tokio potencialo vaidmuo yra cheminis potencialas µ, kuris lemia medžiagų srautų palaikymą. Medžiagos dalelių srautas yra proporcingas potencialiam gradientui:

~

Daugeliu atvejų vietoj cheminio potencialo naudojama koncentracija C. Tiesioginis µ pakeitimas C tampa neteisingas esant didelėms koncentracijoms, nes cheminis potencialas yra susijęs su koncentracija pagal logaritminį dėsnį. Jei nenagrinėsime tokių atvejų, aukščiau pateiktą formulę galima pakeisti tokia:

kas rodo, kad medžiagos srauto tankis J [ ] yra proporcingas difuzijos koeficientui D [( )] ir koncentracijos gradientas. Ši lygtis išreiškia pirmąjį Ficko dėsnį (Adolphas Fickas yra vokiečių fiziologas, 1855 m. nustatęs difuzijos dėsnius). Antrasis Ficko dėsnis susijęs su erdviniais ir laiko koncentracijos pokyčiais (difuzijos lygtis):

Difuzijos koeficientas D priklauso nuo temperatūros. Daugeliu atvejų plačiame temperatūrų diapazone ši priklausomybė atspindi Arrhenius lygtį.

Papildomas laukas, taikomas lygiagrečiai cheminio potencialo gradientui, sutrikdo pastovią būseną. Šiuo atveju difuzijos procesai aprašomi netiesine Fokker-Planck lygtimi. Didelę reikšmę gamtoje turi difuzijos procesai:

gyvūnų ir augalų mityba, kvėpavimas;

deguonies prasiskverbimas iš kraujo į žmogaus audinius.

Geometrinis Fick lygties aprašymas.

Antrojoje Fick lygtyje kairėje pusėje yra temperatūros kitimo greitis laikui bėgant, o dešinėje lygties pusėje yra antroji dalinė išvestinė, išreiškianti temperatūrų erdvinį pasiskirstymą, ypač temperatūros išgaubimą. pasiskirstymo funkcija, projektuojama į x ašį.

4. Fizinio difuzijos reiškinio praktinis pritaikymas žmogaus gyvenime

difuzinė Browno membrana avogadro

Tirpioms medžiagoms iš susmulkintos kietos medžiagos ekstrahuoti naudojamas difuzinis aparatas. Tokie prietaisai plačiai paplitę daugiausia runkelių cukraus gamyboje, kur iš kartu su vandeniu pakaitintų runkelių traškučių gaunamos cukraus sultys.

Neutronų difuzija vaidina svarbų vaidmenį veikiant branduoliniams reaktoriams, tai yra, neutronų sklidimui medžiagoje, kartu su daugybe jų judėjimo krypties ir greičio pasikeitimų dėl susidūrimų su atominiais branduoliais. Neutronų difuzija terpėje yra panaši į atomų ir molekulių difuziją dujose ir paklūsta tiems patiems dėsniams.

Dėl nešėjų difuzijos puslaidininkiuose atsiranda elektros srovė.Krūvininkų judėjimas puslaidininkiuose vyksta dėl jų koncentracijos nevienalytiškumo. Norėdami sukurti, pavyzdžiui, puslaidininkinį diodą, indis sulydomas į vieną iš germanio paviršių. Dėl indžio atomų difuzijos giliai į germanio monokristalą, jame susidaro p-n sandūra, per kurią gali tekėti reikšminga srovė su minimalia varža.

Metalizavimo procesas pagrįstas difuzijos reiškiniu – gaminio paviršiaus padengimu metalo ar lydinio sluoksniu, siekiant suteikti jam fizines, chemines ir mechanines savybes, kurios skiriasi nuo metalizuotos medžiagos savybių. Naudojamas gaminiams apsaugoti nuo korozijos, susidėvėjimo, kontaktiniam elektros laidumui didinti, dekoratyviniais tikslais, todėl karburizacija naudojama plieninių detalių kietumui ir atsparumui karščiui padidinti. Jį sudaro plieninių dalių įdėjimas į dėžę su grafito milteliais, kuri įmontuota į šiluminę krosnį. Dėl difuzijos anglies atomai prasiskverbia į paviršinį dalių sluoksnį. Įsiskverbimo gylis priklauso nuo temperatūros ir dalių laikymo terminėje krosnyje laiko.

Difuzija taip pat plačiai paplitusi lengvojoje pramonėje.

Išvada

Difuzija, arba Brauno judėjimas, yra atsitiktinis skystyje ar dujose pakibusių mažyčių dalelių judėjimas, atsirandantis veikiant aplinkos molekulių poveikiui, kurį 1827 m. atrado R. Brownas.

Fizinio reiškinio požiūriu difuzija yra abipusio vienos medžiagos molekulių prasiskverbimo tarp kitos molekulių procesas, dėl kurio spontaniškai išlyginama jų koncentracija visame užimtame tūryje. Kai kuriose situacijose viena iš medžiagų jau turi išlygintą koncentraciją ir kalba apie vienos medžiagos difuziją kitoje. Šiuo atveju medžiaga perkeliama iš didelės koncentracijos srities į mažos koncentracijos sritį (prieš koncentracijos gradientą).

Difuzija yra molekulinio lygmens procesas, kurį lemia atsitiktinis atskirų molekulių judėjimo pobūdis. Todėl difuzijos greitis yra proporcingas vidutiniam molekulių greičiui. Dujų atveju vidutinis mažų molekulių greitis yra didesnis, būtent jis yra atvirkščiai proporcingas molekulės masės kvadratinei šaknis ir didėja didėjant temperatūrai.

Difuzija plačiai naudojama kasdieniame gyvenime ir naudojama praktiškai visose pramonės šakose - nuo lengvos iki sunkiosios.

Bibliografija

1. Koškinas I.I., Širkevičius M.G. Elementariosios fizikos vadovas. - M.: Nauka, 1980 m.

2.Trofimova T.I. Fizikos kursas. - M.: Aukštoji mokykla, 1990 m.

3.Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Fizikos vadovas. - M.: Nauka, 1985 m.

Absoliučiai visi žmonės yra girdėję apie tokią sąvoką kaip difuzija. Tai buvo viena iš temų 7 klasėje fizikos pamokose. Nepaisant to, kad šis reiškinys mus supa absoliučiai visur, mažai žmonių apie tai žino. Ką tai vis dėlto reiškia? Kas tai fizinę reikšmę, o kaip su jo pagalba galite palengvinti gyvenimą? Šiandien apie tai kalbėsime.

Susisiekus su

Klasės draugai

Difuzija fizikoje: apibrėžimas

Tai vienos medžiagos molekulių prasiskverbimo tarp kitos medžiagos molekulių procesas. Paprastais žodžiais tariant, šis procesas gali būti vadinamas maišymu. Per šį maišymasis įvyksta abipusis medžiagos molekulių įsiskverbimas tarpusavyje. Pavyzdžiui, ruošiant kavą tirpios kavos molekulės prasiskverbia į vandens molekules ir atvirkščiai.

Šio fizinio proceso greitis priklauso nuo šių veiksnių:

1. Temperatūra.
2. Suminė medžiagos būsena.
3. Išorinė įtaka.

Kuo aukštesnė medžiagos temperatūra, tuo greičiau juda molekulės. Vadinasi, maišymo procesas greičiau atsiranda aukštoje temperatūroje.

Bendra medžiagos būsena - svarbiausias veiksnys. Kiekvienoje agregacijos būsenoje molekulės juda tam tikru greičiu.

Difuzija gali atsirasti tokiomis agregacijos būsenomis:

1. Skystis.
2. Tvirtas.

Labiausiai tikėtina, kad dabar skaitytojas turės šiuos klausimus:

1. Kokios yra difuzijos priežastys?
2. Kur tai įvyksta greičiau?
3. Kaip tai taikoma realiame gyvenime?

Atsakymus į juos rasite žemiau.

Priežastys

Absoliučiai viskas šiame pasaulyje turi savo priežastį. IR difuzija nėra išimtis. Fizikai puikiai supranta jo atsiradimo priežastis. Kaip galime juos perteikti paprastam žmogui?

Tikrai visi yra girdėję, kad molekulės nuolat juda. Be to, šis judėjimas yra netvarkingas ir chaotiškas, o jo greitis yra labai didelis. Dėl šio judėjimo ir nuolatinio molekulių susidūrimo atsiranda jų tarpusavio prasiskverbimas.

Ar yra šio judėjimo įrodymų? tikrai! Prisiminkite, kaip greitai pradėjote užuosti kvepalus ar dezodorantą? O maisto, kurį mama ruošia virtuvėje, kvapas? Prisiminkite, kaip greitai arbatos ar kavos ruošimas. Visa tai negalėjo įvykti, jei ne molekulių judėjimas. Darome išvadą, kad pagrindinė difuzijos priežastis yra nuolatinis molekulių judėjimas.

Dabar lieka tik vienas klausimas – kas sukėlė šį judėjimą? Ją skatina pusiausvyros troškimas. Tai reiškia, kad medžiagoje yra sričių, kuriose yra didelė ir maža šių dalelių koncentracija. Ir dėl šio noro jie nuolat pereina iš didelės koncentracijos srities į mažą. Jie yra nuolat susidurti vienas su kitu, ir įvyksta abipusis įsiskverbimas.

Difuzija dujose

Dalelių maišymo dujose procesas yra greičiausias. Jis gali atsirasti tiek tarp vienarūšių, tiek tarp skirtingų koncentracijų dujų.

Ryškūs pavyzdžiai iš gyvenimo:

1. Per difuziją užuodžiate oro gaiviklį.
2. Jaučiate gaminamo maisto kvapą. Atkreipkite dėmesį, kad jį pradedate jausti iš karto, bet gaiviklio kvapą po kelių sekundžių. Tai paaiškinama tuo, kad esant aukštai temperatūrai molekulių judėjimo greitis yra didesnis.
3. Ašaros, kurias gausite pjaustydami svogūnus. Svogūnų molekulės susimaišo su oro molekulėmis, ir jūsų akys į tai reaguoja.

Kaip difuzija vyksta skysčiuose?

Difuzija skysčiuose vyksta lėčiau. Tai gali trukti nuo kelių minučių iki kelių valandų.

Ryškiausi pavyzdžiai iš gyvenimo:

1. Arbatos ar kavos ruošimas.
2. Vandens ir kalio permanganato maišymas.
3. Druskos ar sodos tirpalo ruošimas.

Tokiais atvejais difuzija vyksta labai greitai (iki 10 minučių). Tačiau jei procesui taikomas išorinis poveikis, pavyzdžiui, maišant šiuos tirpalus šaukštu, procesas vyks daug greičiau ir užtruks ne ilgiau kaip minutę.

Difuzija maišant tirštesnius skysčius užtruks daug ilgiau. Pavyzdžiui, dviejų skystų metalų maišymas gali užtrukti kelias valandas. Žinoma, tai galite padaryti per kelias minutes, bet šiuo atveju tai pavyks žemos kokybės lydinys.

Pavyzdžiui, difuzija maišant majonezą ir grietinę užtruks labai ilgai. Tačiau jei pasitelksite išorinę įtaką, šis procesas neužtruks nė minutės.

Difuzija kietose medžiagose: pavyzdžiai

Kietose dalelėse abipusis dalelių prasiskverbimas vyksta labai lėtai. Šis procesas gali užtrukti keletą metų. Jo trukmė priklauso nuo medžiagos sudėties ir jos kristalinės gardelės struktūros.

Eksperimentai, įrodantys, kad difuzija kietose medžiagose egzistuoja.

1. Dviejų skirtingų metalų plokščių sukibimas. Jei šias dvi plokštes laikysite arti viena kitos ir jas slėgsite, per penkerius metus tarp jų atsiras 1 milimetro pločio sluoksnis. Šiame mažame sluoksnyje bus abiejų metalų molekulės. Šios dvi plokštės bus sujungtos kartu.
2. Ant plono švino cilindro užtepamas labai plonas aukso sluoksnis. Po to ši konstrukcija dedama į orkaitę 10 dienų. Oro temperatūra orkaitėje yra 200 laipsnių Celsijaus. Po to, kai šis cilindras buvo supjaustytas plonais diskais, labai aiškiai matėsi, kad švinas prasiskverbė į auksą ir atvirkščiai.

Sklaidos aplinkoje pavyzdžiai

Kaip jau supratote, kuo kietesnė terpė, tuo mažesnis molekulių maišymosi greitis. Dabar pakalbėkime apie tai, kur realiame gyvenime galite gauti praktinės naudos iš šio fizinio reiškinio.

Sklaidos procesas mūsų gyvenime vyksta nuolat. Net kai gulime ant lovos, paklodės paviršiuje lieka labai plonas mūsų odos sluoksnis. Taip pat sugeria prakaitą. Būtent dėl ​​to lova išsipurvina ir ją reikia keisti.

Taigi, šio proceso pasireiškimas kasdieniame gyvenime gali būti toks:

1. Kai tepate sviestą ant duonos, jis į ją susigeria.
2. Marinuojant agurkus, druska pirmiausia pasiskirsto su vandeniu, po to sūrus vanduo pradeda sklisti su agurkais. Dėl to gauname skanų užkandį. Bankus reikia suvynioti. Tai būtina norint užtikrinti, kad vanduo neišgaruotų. Tiksliau, vandens molekulės neturėtų difunduoti su oro molekulėmis.
3. Plaunant indus vandens ir ploviklio molekulės prasiskverbia į likusių maisto gabalėlių molekules. Tai padeda jiems nulipti nuo plokštelės ir padaryti ją švaresnę.

Sklaidos gamtoje pasireiškimas:

1. Apvaisinimo procesas vyksta būtent dėl ​​šio fizinio reiškinio. Kiaušinio ir spermos molekulės difunduoja, po to atsiranda embrionas.
2. Dirvožemio tręšimas. Naudojant tam tikras chemines medžiagas ar kompostą, dirva tampa derlingesnė. Kodėl tai vyksta? Idėja yra ta, kad trąšų molekulės difunduoja su dirvožemio molekulėmis. Po to vyksta difuzijos procesas tarp dirvožemio molekulių ir augalo šaknies. Dėl to sezonas bus produktyvesnis.
3. Pramoninių atliekų maišymas su oru jas labai užteršia. Dėl to kilometro spinduliu oras tampa labai nešvarus. Jo molekulės difunduoja su švaraus oro molekulėmis iš kaimyninių vietovių. Taip prastėja aplinkos situacija mieste.

Šio proceso pasireiškimas pramonėje:

1. Silikonizavimas yra difuzinio prisotinimo siliciu procesas. Jis atliekamas dujų atmosferoje. Siliciu prisotintas detalės sluoksnis nepasižymi labai dideliu kietumu, tačiau pasižymi dideliu atsparumu korozijai ir padidintu atsparumu dilimui jūros vandenyje, azoto, druskos ir sieros rūgštyse.
2. Difuzija metaluose vaidina svarbų vaidmenį lydinių gamyboje. Norint gauti aukštos kokybės lydinį, lydinius reikia gaminti aukštoje temperatūroje ir veikiant išoriniam poveikiui. Tai žymiai pagreitins difuzijos procesą.

Šie procesai vyksta įvairiose pramonės šakose:

1. Elektroninė.
2. Puslaidininkis.
3. Mechaninė inžinerija.

Kaip jūs suprantate, sklaidos procesas gali turėti ir teigiamą, ir neigiamą poveikį mūsų gyvenimui. Turite mokėti tvarkyti savo gyvenimą ir maksimaliai padidinti šio fizinio reiškinio naudą, taip pat sumažinti žalą.

Dabar jūs žinote tokio fizinio reiškinio kaip difuzija esmę. Jį sudaro abipusis dalelių įsiskverbimas dėl jų judėjimo. O gyvenime absoliučiai viskas juda. Jei esate studentas, tada perskaitę mūsų straipsnį tikrai gausite 5 balą. Sėkmės jums!