Difuzija

Difuzijos pavyzdys – dujų maišymasis (pavyzdžiui, sklinda kvapai) arba skysčiai (įlašinus rašalo į vandenį, skystis po kurio laiko įgaus vienodos spalvos). Kitas pavyzdys yra susijęs su kietu kūnu: besiribojančių metalų atomai susimaišo ties kontakto riba. 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 cukraus gabalėlis nuleistas ant stiklinės vandens dugno ir vanduo nemaišomas, praeis kelios savaitės, kol tirpalas taps vienalytis. Dar lėčiau yra vienos kietosios medžiagos difuzija į kitą. 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.

Kiekybinį difuzijos procesų aprašymą pateikė vokiečių fiziologas A. Fickas ( Anglų) 1855 m

Bendras aprašymas

Visos difuzijos rūšys paklūsta tiems patiems dėsniams. Difuzijos greitis yra proporcingas mėginio skerspjūvio plotui, taip pat koncentracijų, temperatūrų ar krūvių skirtumui (jei šių parametrų reikšmės santykinai mažos). Taigi per dviejų centimetrų skersmens strypą šiluma keliaus keturis kartus greičiau nei per vieno centimetro skersmens strypą. Ši šiluma pasklis greičiau, jei temperatūrų skirtumas vienam centimetrui 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, srauto atveju elektros krūviai- elektrinis laidumas. Per tam tikrą laiką pasklindančios medžiagos kiekis ir difunduojančios medžiagos nuvažiuotas atstumas yra proporcingi kvadratinė šaknis difuzijos laikas.

Difuzija yra procesas molekulinis lygis ir yra nulemtas atsitiktinio atskirų molekulių judėjimo pobūdžio. Todėl difuzijos greitis yra proporcingas vidutiniam molekulių greičiui. Dujų atveju Vidutinis greitis yra daugiau mažų molekulių, būtent ji yra atvirkščiai proporcinga molekulės masės kvadratinei šaknis ir auga didėjant temperatūrai. Difuzijos procesai kietose medžiagose aukštoje temperatūroje dažnai pritaikomi praktiškai. Pavyzdžiui, tam tikrų tipų katodinių spindulių vamzdeliuose (CRT) naudojamas metalinis toris, išsklaidytas per metalinį volframą 2000 °C temperatūroje.

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

Ficko lygtys

Termodinamikos požiūriu bet kokio niveliavimo proceso varomasis potencialas yra entropijos augimas. Esant pastoviam slėgiui ir temperatūrai, tokio potencialo vaidmenį atlieka cheminis potencialas µ , sukeldami medžiagų srauto palaikymą. Medžiagos dalelių srautas yra proporcingas potencialiam gradientui

~

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

kuris rodo, kad medžiagos srauto tankis J proporcingas difuzijos koeficientui D[()] ir koncentracijos gradientas. Ši lygtis išreiškia pirmąjį Ficko dėsnį. Antrasis Ficko dėsnis susijęs su erdviniais ir laiko koncentracijos pokyčiais (difuzijos lygtis):

Difuzijos koeficientas D priklausoma nuo temperatūros. Daugeliu atvejų plačiame temperatūrų diapazone ši priklausomybė yra Arrhenius lygtis.

Papildomas laukas, taikomas lygiagrečiai su cheminio potencialo gradientu, pažeidžia pastovi būsena. 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 koncentracijos kitimo greitis laikui bėgant, o dešinėje lygties pusėje yra antroji dalinė išvestinė, išreiškianti koncentracijos erdvinį pasiskirstymą, ypač temperatūros išgaubimą. pasiskirstymo funkcija, projektuojama į x ašį.

taip pat žr

• Paviršinė difuzija yra procesas, susijęs su dalelių judėjimu kondensuoto kūno paviršiuje pirmame paviršiaus atomų (molekulių) sluoksnyje arba virš šio sluoksnio.

Pastabos

Literatūra

• Bokšteinas B.S. Atomai klaidžioja per kristalą. - M .: Nauka, 1984. - 208 p. - (Biblioteka „Kvantas“, 28 leidimas). – 150 000 egzempliorių.

Nuorodos

• Difuzija (vaizdo pamoka, 7 klasės programa)
• Priemaišų atomų difuzija vieno kristalo paviršiuje

Wikimedia fondas. 2010 m.

Sinonimai:

Pažiūrėkite, kas yra „difuzija“ kituose žodynuose:

- [lat. difuzijos pasiskirstymas, plitimas] fizikinis, cheminis. vienos medžiagos (dujų, skysčio, kietos medžiagos) molekulių prasiskverbimas į kitą jų tiesioginio sąlyčio metu arba per porėtą pertvarą. Žodynas svetimžodžiai. Komlev N.G.,…… Rusų kalbos svetimžodžių žodynas

Difuzija- yra vienos medžiagos dalelių įsiskverbimas į terpę kitos medžiagos dalelių, atsirandantis dėl terminis judėjimas kitos medžiagos koncentracijos mažinimo kryptimi. [Blum E.E. Pagrindinių metalurgijos terminų žodynas. Jekaterinburgas… Statybinių medžiagų terminų, apibrėžimų ir paaiškinimų enciklopedija

Šiuolaikinė enciklopedija

- (iš lot. difuzijos plitimas plitimas, dispersija), terpės dalelių judėjimas, lemiantis medžiagos pernešimą ir koncentracijų išlyginimą arba tam tikro tipo dalelių koncentracijų pusiausvyros pasiskirstymą terpėje. Nesant…… Didysis enciklopedinis žodynas

DIFUZIJA – medžiagos judėjimas mišinyje iš didelės koncentracijos srities į mažos koncentracijos sritį, sukeltas atsitiktinio atskirų atomų ar molekulių judėjimo. Difuzija sustoja, kai išnyksta koncentracijos gradientas. Greitis…… Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

difuzija- ir gerai. difuzijos f., vok. Difuzijos lat. difuzija plinta, plinta. Abipusis gretimų medžiagų įsiskverbimas viena į kitą dėl molekulių ir atomų terminio judėjimo. Dujų, skysčių difuzija. BAS 2. || vert. Jie yra… … Istorinis žodynas rusų kalbos galizmai

Difuzija- (iš lotynų kalbos difuzijos pasiskirstymas, plitimas, sklaida), terpės dalelių judėjimas, lemiantis medžiagos pernešimą ir koncentracijų išlyginimą arba jų pusiausvyros pasiskirstymą. Difuziją dažniausiai lemia šiluminis judėjimas ...... Iliustruotas enciklopedinis žodynas

Dalelių judėjimas jų koncentracijos mažėjimo kryptimi dėl šiluminio judėjimo. D. lemia difuzuojančios medžiagos koncentracijų išlyginimą ir tolygų tūrio užpildymą dalelėmis. Geologijos enciklopedija

Įvadas
1. Sklaidos samprata ir modeliai
1.1 Difuzijos procesų samprata …………………………………………….. 5
1.2 Sklaidos modeliai ……………………………………………6
2. Difuzinių procesų panaudojimas
2.1 Difuzija apdorojant metalus ………………………………………………8
2.2 Plazmolizė……………………………………………………………………… 11
2.3 Osmozė………………………………………………………………………………11
3. Difuzijos taikymas gamyboje……………………………………… 13
4. Difuzijos taikymas medicinoje. Aparatas "dirbtinis inkstas".....15
5. Difuzijos taikymas inžinerijoje…………………………………………………16
Išvada
Naudotos literatūros sąrašas

Įvadas

Mano kursinio darbo tema: „Difuzijos procesai ir jų panaudojimas technologijose“.

Difuzija yra pagrindinis gamtos reiškinys. Tai yra materijos ir energijos transformacijų pagrindas. Jo apraiškos vyksta visuose mūsų planetos gamtinių sistemų organizavimo lygiuose, pradedant elementariųjų dalelių, atomų ir molekulių lygmeniu ir baigiant geosfera. Jis plačiai naudojamas technikoje, kasdieniame gyvenime.
Difuzijos esmė – terpės dalelių judėjimas, vedantis į medžiagų pernešimą ir koncentracijų išlyginimą arba tam tikro tipo dalelių pusiausvyros pasiskirstymą terpėje. Molekulių ir atomų difuzija dėl jų šiluminio judėjimo. .
Difuzijos procesas yra vienas iš antrojo termodinamikos dėsnio pasireiškimo mechanizmų, pagal kurį bet kuri sistema linkusi pereiti į labiau pusiausvyrą, tai yra, stabilią būseną, kuriai būdingas entropijos padidėjimas ir energijos minimumas.
Difuzija yra vienas iš svarbiausių technologinių procesų gaminant visų tipų elektroninius prietaisus ir mikroschemas.

Difuzija yra esminis procesas, kuriuo grindžiamas gyvų sistemų funkcionavimas bet kuriame organizacijos lygmenyje – nuo ​​elementariųjų dalelių lygio (elektroninė difuzija) iki biosferos lygio (medžiagų cirkuliacija biosferoje).

Difuzijos reiškinys plačiai naudojamas praktikoje. Kasdieniame gyvenime – arbatos virimas, daržovių konservavimas, uogienių gaminimas. Gamyboje - karbonizavimas (... plieninių detalių, siekiant padidinti jų kietumą ir atsparumą karščiui), aliuminizacijos ir oksidacijos procesai.

Šio kursinio darbo tikslas – susipažinti su difuzijos ir difuzijos procesų samprata, išanalizuoti jos panaudojimą gamyboje, technologijoje, medicinoje. Atsižvelgiant į šios temos specifiką ir keliamų problemų spektrą, darbo struktūra leidžia nuosekliai atsakyti į teorinius klausimus pirmoje dalyje, o antroje išmokti praktinio difuzijos procesų panaudojimo.

1. Sklaidos samprata ir modeliai

1.1 Difuzijos procesų samprata

Vienos medžiagos dalelių (molekulių, atomų, jonų) prasiskverbimo tarp kitos medžiagos dalelių procesas dėl chaotiško judėjimo vadinamas difuzija. Taigi difuzija yra chaotiško visų materijos dalelių judėjimo, bet kokio mechaninio veikimo rezultatas.

Kadangi dalelės juda dujose, skysčiuose ir viduje kietosios medžiagos, tada šiose medžiagose galima difuzija. Difuzija – tai medžiagos pernešimas dėl spontaniško nehomogeniškos įvairių tipų atomų ar molekulių koncentracijos išsirikiavimo. Jei į indą įleidžiamos porcijos įvairių dujų, tai po kurio laiko visos dujos tolygiai susimaišo: kiekvienos rūšies molekulių skaičius indo tūrio vienete pasidarys pastovus, koncentracija išsilygins (1 pav.)

Difuzija paaiškinama taip. Pirma, tarp dviejų kūnų aiškiai matoma sąsaja tarp dviejų laikmenų (1a pav.). Tada dėl savo judėjimo atskiros medžiagų dalelės, esančios šalia ribos, apsikeičia vietomis. Riba tarp medžiagų neryški (1b pav.). Įsiskverbusios tarp kitos medžiagos dalelių, pirmosios dalelės pradeda keistis vietomis su antrosios dalelėmis, kurios yra vis gilesniuose sluoksniuose. Sąsaja tarp medžiagų tampa dar neaiškesnė. Dėl nenutrūkstamo ir atsitiktinio dalelių judėjimo šis procesas ilgainiui lemia tai, kad tirpalas inde tampa vienalytis (1c pav.).

1 pav. Sklaidos reiškinio paaiškinimas.

Dujose ar skystyje suspenduotų didelių dalelių (pavyzdžiui, dūmų ar suspensijos dalelių) difuzija vyksta dėl jų Brauno judėjimo. Toliau, jei nenurodyta kitaip, turime omenyje molekulinę difuziją.

Difuzija atlieka svarbų vaidmenį cheminėje kinetikoje ir technologijose. Kai katalizatoriaus ar vienos iš reagentų paviršiuje vyksta cheminė reakcija (pavyzdžiui, anglies degimas), difuzija gali nulemti kitų reagentų tiekimo greitį ir reakcijos produktų pašalinimą, tai yra, gali būti lemiamas (ribojantis veiksnys). ) procesas. Išgaravimui ir kondensacijai, kristalų ištirpinimui ir kristalizacijai difuzija dažniausiai būna lemiama. Izotopų atskyrimui naudojamas dujų difuzijos per porėtas pertvaras arba į garų čiurkšlę procesas. Difuzija yra daugelio technologinių procesų pagrindas – adsorbcija, cementavimas ir kt. Plačiai naudojamas difuzinis suvirinimas, difuzinis metalizavimas.

Skystuose tirpaluose tirpiklio molekulių difuzija per pusiau pralaidžias pertvaras (membranas) sukelia osmosinio slėgio atsiradimą, kuris naudojamas fizikiniame ir cheminiame medžiagų atskyrimo metode.

1.2 Sklaidos modeliai

Koncentracijų skirtumas yra difuzijos varomoji jėga. Jei koncentracija visur vienoda, nėra difuzinio medžiagos pernešimo. Koncentracijos išlyginimas dėl difuzijos įvyksta tik nesant išorinių jėgų. Jei koncentracijos skirtumas egzistuoja kartu su temperatūros skirtumu, elektriniame lauke arba tokiomis sąlygomis, kai gravitacija yra reikšminga (esant dideliam aukščio skirtumui), koncentracijos išlyginimas nėra būtinas. Pavyzdys yra oro tankio mažėjimas didėjant aukščiui.

Pereikime prie patirties. Dvi stiklinės pripildytos vandens, bet viena šalta, kita karšta. Tuo pačiu metu į stiklines įmerkite arbatos pakelius. Nesunku pastebėti, kad karštame vandenyje arbata greičiau nuspalvina vandenį, greičiau vyksta difuzija. Difuzijos greitis didėja didėjant temperatūrai, nes sąveikaujančių kūnų molekulės pradeda judėti greičiau.

Sparčiausiai difuzija vyksta dujose, lėčiau – skysčiuose, o dar lėčiau – kietose medžiagose, o tai yra dėl dalelių šiluminio judėjimo šiose terpėse pobūdžio. Kiekvienos dujų dalelės trajektorija yra trūkinė linija, nes Kai dalelės susiduria, jos keičia judėjimo kryptį ir greitį. Judėjimo sutrikimas lemia tai, kad kiekviena dalelė palaipsniui tolsta nuo vietos, kurioje ji buvo, o jos poslinkis tiesia linija yra daug mažesnis nei kelias, nueitas išilgai trūkinės linijos. Todėl difuzijos skverbtis yra daug lėtesnė nei laisvas judėjimas (pavyzdžiui, kvapų difuzijos sklidimo greitis yra daug mažesnis nei molekulių greitis). Skysčiuose, atsižvelgiant į molekulių šiluminio judėjimo pobūdį, difuzija vyksta molekulių šuoliais iš vienos laikinos pusiausvyros padėties į kitą. Kiekvienas šuolis įvyksta tada, kai molekulei suteikiama pakankamai energijos, kad jos ryšiai su kaimyninėmis molekulėmis būtų nutraukti ir patektų į kitų molekulių aplinką (į naują energetiškai palankią padėtį). Vidutiniškai šuolis neviršija tarpmolekulinio atstumo. Dalelių difuzinis judėjimas skystyje gali būti laikomas judėjimu su trintimi. Difuzijos koeficientas skystyje didėja didėjant temperatūrai, o tai atsiranda dėl skysčio struktūros „atsilaisvinimo“ kaitinant ir atitinkamai didėjančio šuolių skaičiaus per laiko vienetą.

Kietame kūne gali veikti keli mechanizmai: keitimasis atomų vietomis su laisvomis vietomis (neužimtais kristalinės gardelės mazgais), atomų judėjimas išilgai tarpų, ciklinis kelių atomų judėjimas vienu metu, tiesioginis dviejų gretimų atomų vietų apsikeitimas ir kt. Pirmasis mechanizmas vyrauja, pavyzdžiui, formuojant pakaitinius kietus tirpalus, antrasis – intersticinius kietus tirpalus. Defektų (daugiausia laisvų darbo vietų) skaičiaus padidėjimas palengvina atomų judėjimą kietoje medžiagoje, difuziją ir lemia difuzijos koeficiento padidėjimą. Difuzijos koeficientas kietose medžiagose pasižymi ryškia (eksponentine) priklausomybe nuo temperatūros. Taigi cinko difuzijos į varį koeficientas padidėja 1014 kartų, kai temperatūra pakyla nuo 20 iki 300°C.

Visi eksperimentiniai difuzijos koeficiento nustatymo metodai apima du pagrindinius dalykus: difuzuojančių medžiagų kontaktą ir difuzijos pakeistų medžiagų sudėties analizę. Sudėtis (išsklaidytos medžiagos koncentracija) nustatoma chemiškai, optiškai (keičiant lūžio rodiklį arba šviesos sugertį), masių spektroskopiškai, žymėtų atomų metodu ir kt.

2. Difuzinių procesų panaudojimas

2.1 Difuzija apdirbant metalą

Difuzinė metalizacija – tai gaminių paviršiaus difuzinio prisotinimo metalais arba metaloidais procesas. Difuzinis prisotinimas atliekamas miltelių mišinyje, dujinėje terpėje arba išlydytame metale (jei metalo lydymosi temperatūra yra žema).

Boridavimas - metalų ir lydinių paviršiaus difuzinis prisotinimas boru, siekiant padidinti kietumą, atsparumą korozijai, atsparumą dilimui, atliekamas elektrolizės būdu išlydytoje boro druskoje. Boridavimas suteikia ypač didelį paviršiaus kietumą, atsparumą dilimui, padidina atsparumą korozijai ir atsparumą karščiui. Boro plienas pasižymi dideliu atsparumu korozijai vandeniniuose druskos, sieros ir fosforo rūgščių tirpaluose. Boridavimas naudojamas ketaus ir plieno detalėms, veikiančioms trinties sąlygomis agresyvioje aplinkoje (chemijos inžinerijoje).

Aliuminizavimas – tai paviršinio sluoksnio difuzinio prisotinimo aliuminiu procesas, atliekamas milteliniuose aliuminio mišiniuose arba išlydytame aliuminiame. Tikslas – išgauti aukštą plieninių detalių paviršiaus atsparumą karščiui. Aliuminavimas atliekamas kietoje ir skystoje terpėje.

Silikonizavimas – difuzinis prisotinimas siliciu atliekamas dujinėje atmosferoje. Silicio prisotintas plieninės dalies sluoksnis neturi labai didelio kietumo, tačiau pasižymi dideliu atsparumu korozijai ir padidintu atsparumu dilimui. jūros vandens, azoto, vandenilio chlorido sieros rūgštyse. Silikonizuotos dalys naudojamos chemijos, celiuliozės ir popieriaus bei naftos pramonėje. Siekiant padidinti atsparumą karščiui, gaminiams, pagamintiems iš lydinių molibdeno ir volframo, kurie pasižymi dideliu atsparumu karščiui, naudojamas silikonavimas.

Difuzijos procesai metaluose vaidina svarbų vaidmenį. Jei du metalai glaudžiai susiliečia vieno metalo miltelių nusodinimo arba presavimo pluoštu su kitu ir yra veikiami pakankamai aukštoje temperatūroje, tada kiekvienas iš šių dviejų metalų išsisklaidys į kitą. Jei vienas iš metalų yra skystas, tada jis tuo pat metu difunduoja į kietą medžiagą ir ją ištirpdo.

Jei einame nuo grynų metalų, tai tarpiniame sluoksnyje susidaro visa abiejų metalų fazių gama, dažniausiai atskirai nuo ribinių fazių mišinio. Koncentracijų skirtumas atskiruose sluoksniuose labai skiriasi; todėl difuzijos greitis labai priklauso nuo gardelės struktūros. Nepertraukiamo kietųjų tirpalų serijos atveju difuzijos greitis taip pat priklauso nuo masės sudėties; taigi vario difuzija į aukštos lydymosi temperatūros nikelį yra daug lėtesnė nei nikelio difuzija į varį. Tame pačiame metale sklinda kiti metalai, kaip parodė Gevezo ir Septso eksperimentai su švinu, kuo didesniu greičiu jie yra toliau vienas nuo kito savo grupėse periodinėje sistemoje (tuo toliau jų valentingumas). Naudojant radioaktyvų švino izotopą taip pat galima nustatyti, kad vienarūšiai atomai vietomis keičiasi ypač lėtai. Šios autodifuzijos faktas aiškiai rodo metalo atomų judėjimą aukštoje temperatūroje, kuriuo remiasi ir kristalizacija bei kristalų augimas.

Difuzija yra (tiesiogine prasme) sklaidymasis, plitimas, plitimas. Fiziškai apibūdina energijos ar medžiagų perdavimo procesą iš labai koncentruotos srities į sumažintos koncentracijos sritį. Dažniausias reiškinys, su kuriuo siejama difuzija, yra dujų molekulių (pavyzdžiui, kai kvepalų kvapas pasklinda ore) arba skysčių maišymasis. Tas pats procesas gali būti stebimas ir kietose medžiagose. Pavyzdžiui, jei strypo galas įkraunamas elektra arba kaitinamas, tada šiluma (arba įkrova) palaipsniui pasklis iš karštos į šaltą. Be to, jei paimsite metalinį daiktą, šiluma pasklis pakankamai greitai ir elektros- iš karto. Jei strypas pagamintas iš sintetinės medžiagos, šilumos sklidimas vyks lėtai, o elektrinis sklidimas bus dar lėtesnis. Kietųjų dalelių difuzija vyksta dar mažesniu greičiu.

Pažymėtina, kad šis terminas (kaip ir daugelis kitų) šiandien vartojamas ne tik fizikoje.

Pavyzdžiui, yra toks dalykas kaip naujovių sklaida. Tai procesas, kurio metu komunikacijos kanalais inovacijų perdavimas verslo subjektams yra atliekamas laiku. Šiuo atveju sklaida yra informacijos sklaida, kurios greitis ir forma priklauso nuo Didelė svarba taip pat turi subjektų, vykdančių ūkinę veiklą, informacijos suvokimo ypatumus bei gebėjimą praktinis pritaikymas gautą informaciją. Sklindant jau kartą įvaldytai ir kitoje srityje pritaikytai naujovei, vartotojų ir gamintojų daugėja naujose vietose ir sąlygose. Proceso tęstinumas formuoja inovacijų pasiskirstymo ribas ir formas rinkos ekonomikoje.

Ekspertai atkreipia dėmesį į tai, kad kontekste ekonominė veikla difuzija turi ciklinį pobūdį. Kartu viso diegimo, inovacijų sklaidos proceso įgyvendinimas skirstomas į tam tikrus etapus: fundamentinių ir taikomųjų tyrimų, kūrimo ir projektavimo, statybos, plėtros, taip pat pramoninės gamybos, rinkodara ir pardavimas.

Kultūros sklaida yra socialinėje srityje vartojama sąvoka. Jis apibūdina tam tikrų bruožų tarpusavio prasiskverbimo iš vienos socialinės grupės į kitą procesą, kai jie liečiasi. Tuo pačiu metu difuzija negali palikti pėdsakų nė vienoje sąveikaujančioje kultūroje. Tačiau gali atsitikti taip, kad ši skverbtis sukelia stiprią ir vienodą (arba vienpusę) įtaką. Kanalai, kuriais vyksta sklaida, daugiausia yra turizmas, karas, prekyba, mokslines konferencijas, mugės ir parodos, specialistų ir studentų mainai.

Inovacijų sklaida socialinėje srityje gali būti vykdoma dviem kryptimis: horizontaliai arba vertikaliai.

Pastebima horizontali skverbtis (tarpgrupinė difuzija) tarp individų, grupių, vienodo statuso.

Vertikalus pasiskirstymas vyksta tarp nevienodo statuso subjektų. Šis procesas vadinamas stratifikacijos difuzija.

Jai būdinga ryški simbolinė gyventojų poliarizacija. Daugelio kultūrologų nuomone, vidurinioji klasė šiandien laikoma gyvenimo būdo ir stiliaus pavyzdžiu (tiek aukštesniajai, tiek žemesniajai).

Suteikia visuomenei tiek teigiamų, tiek neigiamų bruožų. Taigi aukštų idėjų apie gyvenimą skleidimas viduriniams ir (ypač) žemesniems sluoksniams, viena vertus, reiškia žmonių nušvitimą ir demokratizavimą. Kita vertus, aukštoji kultūra šiuo atveju gali būti suvokiama primityviai ir vulgariai.

Absoliučiai visi žmonės yra girdėję apie tokią sąvoką kaip difuzija. Tai buvo viena iš temų 7 klasės fizikos pamokose. Nepaisant to, kad šis reiškinys mus supa absoliučiai visur, mažai žmonių apie tai žino. Ką tai vis dėlto reiškia? Kas yra jos fizinę reikšmę Ir kaip su juo 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 aukštesnėje temperatūroje.

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

Difuzija gali vykti tokiomis agregacijos būsenomis:

1. Skystis.
2. Tvirtas.

Labiausiai tikėtina, kad dabar skaitytojas turės šiuos klausimus:

1. Kokios yra difuzijos priežastys?
2. Kur teka greičiau?
3. Kaip jis taikomas Tikras gyvenimas?

Atsakymus į juos rasite žemiau.

Priežastys

Absoliučiai viskas šiame pasaulyje turi savo priežastį. Ir difuzija nėra išimtis. Fizikai puikiai žino jo atsiradimo priežastis. O kaip jas 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? Žinoma! Prisiminkite, kaip greitai pradėjote užuosti kvepalus ar dezodorantą? O maisto kvapas, kurį tavo mama gamina virtuvėje? Prisiminkite, kaip greitai arbatos ar kavos ruošimas. Visa tai negalėjo būti, jei ne molekulių judėjimas. Darome išvadą, kad pagrindinė difuzijos priežastis yra nuolatinis molekulių judėjimas.

Dabar lieka tik vienas klausimas – kokia šio judėjimo priežastis? 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 žemą. Jie yra nuolat susidurti vienas su kitu, ir įvyksta 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 pagaminto maisto kvapą. Atkreipkite dėmesį, kad jį pajusite iš karto, o gaiviklio kvapą po kelių sekundžių. Taip yra dėl to, kad esant aukštai temperatūrai molekulių judėjimo greitis yra didesnis.
3. Ašaros, atsirandančios pjaustant 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, galite tai padaryti per kelias minutes, bet šiuo atveju tai pasirodys prastos 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 įsiskverbimas 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 klijavimas. Jei šias dvi plokštes laikysite arti viena kitos ir jas slėgsite, per penkerius metus tarp jų susidarys 1 milimetro pločio sluoksnis. Šiame mažame sluoksnyje bus abiejų metalų molekulės. Šios dvi plokštės bus sujungtos.
2. Ant plono švino cilindro užtepamas labai plonas aukso sluoksnis. Po to šis dizainas dedamas į orkaitę 10 dienų. Oro temperatūra krosnyje yra 200 laipsnių Celsijaus. Po to, kai šis cilindras buvo supjaustytas plonais diskais, labai aiškiai matėsi, kad švinas prasiskverbė į auksą ir atvirkščiai.

Sklaidos aplinkiniame pasaulyje pavyzdžiai

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

Sklaidos procesas mūsų gyvenime vyksta visą laiką. 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. Užtepus sviestą ant duonos, jis į ją susigeria.
2. Marinuojant agurkus, druska pirmiausia pasklinda vandeniu, o po to sūrus vanduo pradeda sklisti su agurkais. Dėl to gauname skanų užkandį. Bankus reikia suvynioti. Tai būtina, kad vanduo neišgaruotų. Tiksliau, vandens molekulės neturėtų difunduoti su oro molekulėmis.
3. Plaunant indus vandens ir ploviklio molekulės prasiskverbia pro 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, dirvožemis tampa derlingesnis. Kodėl tai vyksta? Esmė ta, kad trąšų molekulės difunduoja su dirvožemio molekulėmis. Po to vyksta difuzijos procesas tarp dirvožemio molekulių ir augalo šaknies. Dėl to sezonas bus vaisingesnis.
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 pablogėja ekologinė situacija mieste.

Šio proceso pasireiškimas pramonėje:

1. Silikonizavimas yra difuzinio prisotinimo siliciu procesas. Jis atliekamas dujinėje atmosferoje. Siliciu prisotintas detalės sluoksnis pasižymi ne itin dideliu kietumu, tačiau aukštu 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 esant išoriniam poveikiui. Tai labai pagreitins sklaidos procesą.

Šie procesai vyksta įvairiose pramonės šakose:

1. Elektroninė.
2. Puslaidininkis.
3. 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, kokia yra tokio fizinio reiškinio kaip difuzija esmė. Jį sudaro abipusis dalelių įsiskverbimas dėl jų judėjimo. Viskas gyvenime juda. Jei esate studentas, tada perskaitę mūsų straipsnį tikrai gausite pažymį 5. Sėkmės jums!

Tarp daugybės fizikos reiškinių difuzijos procesas yra vienas paprasčiausių ir suprantamiausių. Juk kiekvieną rytą, ruošdamas sau kvapnią arbatą ar kavą, žmogus turi galimybę praktiškai stebėti šią reakciją. Sužinokime daugiau apie šį procesą ir jo atsiradimo sąlygas įvairiose agregacijos būsenose.

Kas yra difuzija

Šis žodis reiškia vienos medžiagos molekulių ar atomų prasiskverbimą tarp panašių kitos medžiagos struktūrinių vienetų. Šiuo atveju prasiskverbiančių junginių koncentracija yra išlyginta.

Šį procesą pirmą kartą išsamiai aprašė vokiečių mokslininkas Adolfas Fickas 1855 m.

Šio termino pavadinimas kilo iš lotyniško žodžio difusio (sąveika, sklaida, pasiskirstymas).

Difuzija skystyje

Nagrinėjamas procesas gali vykti su visų trijų agregacijos būsenų medžiagomis: dujinėmis, skystomis ir kietomis. Rasti praktinių pavyzdžių tai, jūs tiesiog turite pažvelgti į virtuvę.

Viryklėje virti barščiai – vienas iš jų. Veikiamos temperatūros gliukozino betanino (medžiagos, dėl kurios burokėliai turi tokią sodrią raudoną spalvą) molekulės tolygiai reaguoja su vandens molekulėmis, suteikdamos jam unikalų bordo atspalvį. Šis atvejis yra skysčiuose.

Be barščių, šį procesą galima pamatyti ir stiklinėje arbatos ar kavos. Abu šie gėrimai turi tokį vienodą sodrų atspalvį dėl to, kad arbatos lapeliai ar kavos dalelės, ištirpusios vandenyje, tolygiai pasiskirsto tarp jo molekulių, nuspalvindamos. Visų populiarių devintojo dešimtmečio tirpių gėrimų veiksmas yra sukurtas tuo pačiu principu: Yupi, Invite, Zuko.

Dujų įsiskverbimas

Kvapus pernešantys atomai ir molekulės aktyviai juda ir dėl to susimaišo su jau ore esančiomis dalelėmis ir gana tolygiai pasiskirsto visame patalpos tūryje.

Tai yra difuzijos dujose pasireiškimas. Verta paminėti, kad nagrinėjamam procesui priklauso ir pats oro įkvėpimas, taip pat apetitą žadinantis ką tik paruoštų barščių kvapas virtuvėje.

Difuzija kietose medžiagose

Virtuvės stalas, ant kurio stovi gėlės, padengtas šviesia staltiese. geltona spalva. Ji gavo panašų atspalvį dėl difuzijos gebėjimo vykti kietose medžiagose.

Vienodo atspalvio suteikimas drobei vyksta keliais etapais taip.

1. Geltonojo pigmento dalelės išsisklaidė dažų bakelyje link pluoštinės medžiagos.
2. Tada juos sugėrė išorinis dažyto audinio paviršius.
3. Kitas žingsnis vėl buvo dažų difuzija, bet šį kartą į drobės pluoštus.
4. Finale audinys fiksavo pigmento daleles, taip nuspalvindamas.

Dujų difuzija metaluose

Paprastai, kalbėdami apie šį procesą, apsvarstykite medžiagų sąveiką tose pačiose agregatinėse būsenose. Pavyzdžiui, difuzija kietose medžiagose, kietosios medžiagos. Norint įrodyti šį reiškinį, atliekamas eksperimentas su dviem metalinėmis plokštėmis, prispaustomis viena prie kitos (aukso ir švino). Jų molekulių įsiskverbimas trunka gana ilgai (vienas milimetras per penkerius metus). Šis procesas naudojamas neįprastiems papuošalams gaminti.

Tačiau skirtingos agregatinės būsenos junginiai taip pat gali sklisti. Pavyzdžiui, kietose medžiagose vyksta dujų difuzija.

Eksperimentų metu buvo įrodyta, kad panašus procesas vyksta ir atominėje būsenoje. Norint jį suaktyvinti, paprastai reikia žymiai padidinti temperatūrą ir slėgį.

Tokios dujų difuzijos kietose medžiagose pavyzdys yra vandenilio korozija. Tai pasireiškia situacijose, kai kyla kai kurių cheminė reakcija vandenilio atomai (H 2), esant aukštai temperatūrai (nuo 200 iki 650 laipsnių Celsijaus), prasiskverbia tarp struktūrinių metalo dalelių.

Be vandenilio, kietose medžiagose taip pat gali vykti deguonies ir kitų dujų difuzija. Šis akiai nepastebimas procesas atneša daug žalos, nes dėl jo gali griūti metalinės konstrukcijos.

Skysčių difuzija metaluose

Tačiau į kietas medžiagas gali prasiskverbti ne tik dujų molekulės, bet ir skysčiai. Kaip ir vandenilio atveju, dažniausiai šis procesas sukelia koroziją (jei kalbame apie metalus).

Klasikinis skysčių difuzijos kietose medžiagose pavyzdys yra metalų korozija, veikiama vandens (H 2 O) arba elektrolitų tirpalų. Daugumai šis procesas labiau žinomas rūdijimo pavadinimu. Skirtingai nuo vandenilio korozijos, praktiškai su ja tenka susidurti daug dažniau.

Sąlygos paspartinti difuziją. Difuzijos koeficientas

Išnagrinėjus medžiagas, kuriose gali vykti nagrinėjamas procesas, verta sužinoti apie jo atsiradimo sąlygas.

Visų pirma, difuzijos greitis priklauso nuo sąveikaujančių medžiagų agregacijos būsenos. Kuo daugiau vyksta reakcija, tuo lėtesnis jos greitis.

Šiuo atžvilgiu difuzija skysčiuose ir dujose visada bus aktyvesnė nei kietose medžiagose.

Pavyzdžiui, jei kalio permanganato KMnO 4 (kalio permanganato) kristalai bus įmesti į vandenį, jie per kelias minutes įgaus gražią tamsiai raudoną spalvą. Tačiau jei ant ledo gabalo pabarstysite KMnO 4 kristalus ir viską padėsite į šaldiklį, po kelių valandų kalio permanganatas negalės iki galo nuspalvinti sušalusio H 2 O.

Iš ankstesnio pavyzdžio galima padaryti dar vieną išvadą apie difuzijos sąlygas. Išskyrus agregacijos būsena, temperatūra taip pat turi įtakos dalelių įsiskverbimo greičiui.

Norint apsvarstyti nagrinėjamo proceso priklausomybę nuo jo, verta sužinoti apie tokią sąvoką kaip difuzijos koeficientas. Taip vadinasi jo greičio kiekybinė charakteristika.

Daugumoje formulių ji žymima didžiąja lotyniška raide D, o SI sistemoje matuojama kvadratinių metrų per sekundę (m² / s), kartais centimetrais per sekundę (cm 2 / m).

Difuzijos koeficientas yra lygus medžiagos kiekiui, išsklaidytam per vienetinį paviršių per laiko vienetą, su sąlyga, kad tankių skirtumas abiejuose paviršiuose (esančiuose atstumu, lygiu vieneto ilgiui) yra lygus vienetui. Kriterijai, lemiantys D, yra medžiagos, kurioje vyksta pats dalelių sklaidos procesas, savybės ir jų tipas.

Koeficiento priklausomybę nuo temperatūros galima apibūdinti naudojant Arenijaus lygtį: D = D 0exp (-E/TR).

Nagrinėjamoje formulėje E yra minimali energija, reikalinga procesui suaktyvinti; T - temperatūra (matuojama kelvinais, o ne Celsijaus); R yra idealių dujų charakteristika.

Be visų aukščiau išvardytų dalykų, difuzijos greitį kietose medžiagose, skysčiuose dujose veikia slėgis ir spinduliuotė (indukcinė arba aukšto dažnio). Be to, daug kas priklauso nuo katalizinės medžiagos buvimo, dažnai ji veikia kaip aktyvios dalelių sklaidos pradžios mechanizmas.

Difuzijos lygtis

Šis reiškinys yra tam tikra diferencialinės lygties su dalinėmis išvestinėmis formomis.

Jo tikslas – rasti medžiagos koncentracijos priklausomybę nuo erdvės (kurioje ji difunduoja) dydžio ir koordinačių, taip pat nuo laiko. Šiuo atveju pateiktas koeficientas apibūdina reakcijos terpės pralaidumą.

Dažniausiai difuzijos lygtis rašoma taip: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x .

Jame φ (t ir r) yra sklaidos medžiagos tankis taške r momentu t. D (φ, r) yra apibendrintas difuzijos koeficientas, esant tankiui φ taške r.

∇ yra vektorinis diferencialinis operatorius, kurio koordinačių komponentai yra dalinės išvestinės.

Kai difuzijos koeficientas priklauso nuo tankio, lygtis yra netiesinė. Kai ne – linijinis.

Atsižvelgdami į difuzijos apibrėžimą ir šio proceso ypatybes skirtingos aplinkos, galima pastebėti, kad tai turi ir teigiamų, ir neigiamų pusių.