Le programme scolaire prévoit l'étude d'un concept tel que la diffusion. Qu'est-ce que c'est, types de diffusion, loi, méthode, équation, exemples sont présentés dans l'article...

De Masterweb

03.04.2018 22:01

Dans le programme scolaire du cours de physique (environ en septième année), les écoliers apprendront que la diffusion est un processus qui est la pénétration mutuelle de particules d'une substance entre des particules d'une autre substance, à la suite de laquelle il y a une égalisation de concentrations dans tout le volume occupé. Cette définition est assez difficile à comprendre. Pour comprendre ce qu'est la diffusion simple, la loi de diffusion, son équation, il est nécessaire d'étudier en détail les matériaux sur ces questions. Cependant, si une idée générale suffit à une personne, les données ci-dessous aideront à acquérir des connaissances de base.

Phénomène physique - qu'est-ce que c'est

Étant donné que beaucoup de gens sont confus ou ne savent pas du tout ce qu'est un phénomène physique et en quoi il diffère d'un phénomène chimique, ainsi que le type de phénomène auquel appartient la diffusion, il est nécessaire de comprendre ce qu'est un phénomène physique . Ainsi, comme chacun le sait, la physique est une science indépendante appartenant au domaine des sciences naturelles, qui étudie les lois naturelles générales sur la structure et le mouvement de la matière, et étudie également la matière elle-même. En conséquence, un phénomène physique est un phénomène à la suite duquel de nouvelles substances ne se forment pas, mais seul un changement dans la structure de la substance se produit. La différence entre un phénomène physique et un phénomène chimique réside précisément dans le fait que de nouvelles substances n'en résultent pas. Ainsi, la diffusion est un phénomène physique.

Définition du terme diffusion

Comme vous le savez, il peut y avoir de nombreuses formulations de tel ou tel concept, mais le sens général ne doit pas changer. Et le phénomène de diffusion ne fait pas exception. La définition généralisée est la suivante : la diffusion est un phénomène physique qui est la pénétration mutuelle de particules (molécules, atomes) de deux ou plusieurs substances jusqu'à ce qu'elles soient uniformément réparties sur tout le volume occupé par ces substances. À la suite de la diffusion, aucune nouvelle substance ne se forme, il s'agit donc précisément d'un phénomène physique. La diffusion simple est appelée diffusion, à la suite de laquelle il y a un mouvement des particules de la région de la plus forte concentration vers la région de la plus faible concentration, qui est dû au mouvement thermique (chaotique, brownien) des particules. En d'autres termes, la diffusion est le processus de mélange de particules de différentes substances, et les particules sont réparties uniformément dans tout le volume. C'est une définition très simplifiée, mais la plus compréhensible.

Types de diffusion

La diffusion peut être détectée à la fois lors de l'observation de substances gazeuses et liquides, ainsi que de substances solides. Par conséquent, il comprend plusieurs types:

• La diffusion quantique est le processus de diffusion de particules ou de défauts ponctuels (violations locales du réseau cristallin d'une substance), qui a lieu dans les solides. Les perturbations locales sont des perturbations en un certain point du réseau cristallin.

• Colloïdal - diffusion qui se produit dans tout le volume du système colloïdal. Un système colloïdal est un milieu dans lequel se répartissent des particules, des bulles, des gouttes d'un autre milieu différant par leur état d'agrégation et leur composition du premier. De tels systèmes, ainsi que les processus qui s'y produisent, sont étudiés en détail au cours de la chimie colloïdale.
• Convectif - transfert de microparticules d'une substance par des macroparticules moyennes. Une branche spéciale de la physique, appelée hydrodynamique, traite de l'étude du mouvement des milieux continus. De là, vous pouvez acquérir des connaissances sur les états du flux.
• La diffusion turbulente est le processus de transfert d'une substance à une autre, provoqué par le mouvement turbulent de la seconde substance (typique pour les gaz et les liquides).

La déclaration est confirmée que la diffusion peut se produire à la fois dans les gaz et les liquides, et dans les solides.

Qu'est-ce que la loi de Fick ?

Un scientifique allemand, le physicien Fick, a dérivé une loi montrant la dépendance de la densité de flux de particules à travers une unité de surface sur le changement de concentration de matière par unité de longueur. Cette loi est la loi de diffusion. La loi peut être formulée comme suit : le flux de particules, qui est dirigé selon l'axe, est proportionnel à la dérivée du nombre de particules par rapport à la variable déposée le long de l'axe par rapport à laquelle la direction du flux de particules est déterminé. En d'autres termes, le flux de particules se déplaçant dans le sens de l'axe est proportionnel à la dérivée du nombre de particules par rapport à la variable, qui se dépose selon le même axe que le flux. La loi de Fick permet de décrire le processus de transfert de matière dans le temps et dans l'espace.

Équation de diffusion

Lorsque des flux sont présents dans une substance, une redistribution de la substance elle-même dans l'espace se produit. À cet égard, il existe plusieurs équations qui décrivent ce processus de redistribution d'un point de vue macroscopique. L'équation de diffusion est différentielle. Elle découle de l'équation générale du transfert de matière, également appelée équation de continuité. En présence de diffusion, la loi de Fick est utilisée, qui est décrite ci-dessus. L'équation est la suivante :

dn / dt = (d / dx) * (D * (dn / dx) + q.

Méthodes de diffusion

La méthode de diffusion, plus précisément la méthode de sa mise en œuvre dans des matériaux solides, a été largement utilisée récemment. Cela est dû aux avantages de la méthode, dont l'un est la simplicité de l'équipement utilisé et du processus lui-même. L'essence de la méthode de diffusion à partir de sources solides est le dépôt de films dopés avec un ou plusieurs éléments sur des semi-conducteurs. Il existe plusieurs autres méthodes de diffusion, en plus de la méthode de la source solide :

• dans un volume fermé (méthode de l'ampoule). La toxicité minimale est un avantage de la méthode, mais son coût élevé, dû à l'ampoule jetable, est un inconvénient important ;
• dans un volume ouvert (diffusion thermique). La possibilité d'utiliser de nombreux éléments est exclue en raison des températures élevées, ainsi que la diffusion latérale sont les gros inconvénients de cette méthode;
• dans un volume partiellement clos (méthode boîte). il méthode intermédiaire entre les deux ci-dessus.

Afin d'en savoir plus sur les méthodes et les caractéristiques de la diffusion, il est nécessaire d'étudier la littérature supplémentaire consacrée spécifiquement à ces questions.

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DIFFUSION -et; F. [de lat. diffusio - propagation, propagation] 1. Phys. Pénétration mutuelle des substances en contact les unes avec les autres en raison du mouvement thermique des particules de la substance. D. les gaz. D. liquides. 2. Interpénétration, échange de qch. Dictionnaire explicatif de Kuznetsov

diffusion - diffusion f. 1. Pénétration mutuelle des substances en contact les unes avec les autres en raison du mouvement thermique des molécules et des atomes. 2. Interpénétration, échange de quelque chose. Dictionnaire explicatif d'Efremova

Diffusion - (latin diffusio propagation, propagation) le processus d'interpénétration spontanée de substances en contact en raison du mouvement thermique des particules; est l'un des principaux processus qui assurent le mouvement des substances dans les cellules et les tissus. Encyclopédie médicale

Diffusion - I La diffusion (du latin diffusio - propagation, propagation) est la pénétration mutuelle de substances en contact les unes avec les autres en raison du mouvement thermique des particules d'une substance. Grande Encyclopédie Soviétique

Diffusion - Pénétration culturelle mutuelle des traits et complexes culturels d'une société à une autre lorsqu'ils entrent en contact. Dictionnaire des études culturelles

Diffusion - (du latin diffusio - propagation, propagation, diffusion * a. Diffusion; n. Diffusion; f. Diffusion; et. Difusion) - le transfert d'une substance en raison de l'égalisation de sa concentration dans un système initialement hétérogène. D. - l'une des étapes de nombreuses. Encyclopédie minière

Diffusion - D. est appelée diffusion partielle des corps les uns dans les autres, dont le résultat est l'homogénéité complète du système, hétérogène au départ. D. se produit dans les liquides, les gaz et les solides. Dictionnaire encyclopédique de Brockhaus et Efron

diffusion - 1) la pénétration de molécules d'une substance (gaz, liquide, solide) dans une autre lorsqu'elles sont en contact direct ou à travers une cloison poreuse. Microbiologie. Glossaire des termes

DIFFUSION - DIFFUSION (de Lat. Diffusio - étalement, étalement, diffusion) - le mouvement des particules du milieu, conduisant au transfert de matière et à l'égalisation des concentrations ou à l'établissement d'une répartition d'équilibre des concentrations de particules d'un type donné dans le milieu. Grand dictionnaire encyclopédique

diffusion - DIFF'USIA, voir diffusion. Dictionnaire explicatif d'Ouchakov

diffusion - n., nombre de synonymes : 9 barodiffusion 1 pénétration 32 piézodiffusion 1 diffusion 37 dispersion 29 diffusion 5 autodiffusion 1 diffusion thermique 2 électrodiffusion 1 Dictionnaire des synonymes de la langue russe

DIFFUSION - DIFFUSION - fra. la diffusion; Allemand La diffusion. 1. Diffusion et adoption de certains objets (innovations, informations, éléments de culture) dans le social. système. 2. Emprunt, assimilation d'éléments d'une autre culture. Dictionnaire sociologique

diffusion - et, f. physique Pénétration mutuelle des substances en contact les unes avec les autres en raison du mouvement thermique des particules de la substance. Diffusion de gaz. Diffusion de liquides. [De lat. diffusio - propagation, propagation] Petit dictionnaire académique

diffusion - Diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion, diffusion Dictionnaire grammatical de Zaliznyak

DIFFUSION - DIFFUSION, le mouvement d'une substance dans un mélange d'une zone de forte concentration à une zone de faible concentration, provoqué par le mouvement aléatoire d'atomes ou de molécules individuels. La diffusion s'arrête lorsque le gradient de concentration disparaît. Dictionnaire scientifique et technique

diffusion - Diffusion, f. [Latin. diffusio] (physique). Pénétration mutuelle de corps dissemblables mis en contact les uns avec les autres. Diffusion de liquides. Grand dictionnaire de mots étrangers

diffusion - DIFFUSION, et, f. (spécialiste.). Pénétration mutuelle des particules d'une substance dans une autre lorsqu'elles entrent en contact. D. les gaz. | adj. diffusion, oh, oh. Dictionnaire explicatif d'Ojegov

Tout objet ou substance du monde matériel se compose de petites molécules- et ils sont en mouvement constant. Dans la vie de tous les jours, nous observons souvent le processus de mélange de certaines substances, liquides ou gaz - par exemple, nous voyons comment le café se dissout dans l'eau, nous sentons comment l'odeur se répand dans la pièce, etc. Physiquement, ces processus sont provoqués précisément par le mélange de molécules de deux substances - et ce mélange est appelé la diffusion.

Diffusion - qu'est-ce qui la cause et que se passe-t-il ?

À une température ambiante supérieure au zéro absolu - c'est-à-dire dans toutes les conditions sur Terre - les molécules de substances se déplacent continuellement de manière chaotique, se déplacent dans l'espace, entrent en collision et changent de direction. Cela est dû au fait que tout dans la nature aspire à l'équilibre.

Si dans un coin de la pièce il y a une forte concentration de molécules de toute substance gazeuse, alors ces molécules auront tendance à pénétrer dans l'espace inoccupé. Et les molécules de deux liquides, si elles sont versées dans un verre en même temps, essaieront d'occuper tout l'espace disponible - et, en conséquence, se mélangeront.

La diffusion est encore accélérée par des influences extérieures et une augmentation de la température - à haute température le processus est plus rapide.

Diffusion et états d'agrégation des corps

Le processus de mélange a lieu entre les molécules de pratiquement tous les corps et substances, quel que soit leur état d'agrégation. Mais bien sûr, l'état affecte le taux de diffusion.

• Les molécules de gaz sont les plus rapides à se mélanger entre elles. Nous observons ce phénomène tous les jours, en utilisant un assainisseur d'air ou en préparant un dîner sur la cuisinière - les odeurs se répandent instantanément dans toute la pièce.
• Plus lentement que les gaz, mais toujours rapidement, les liquides se mélangent. Par exemple, le lait froid se dissoudra dans le café chaud en quelques minutes, tandis qu'en remuant, il se dissoudra beaucoup plus rapidement. À l'école, dans les cours de physique, on montre aux élèves une expérience avec du sulfate de cuivre - un liquide bleu est ajouté à l'eau et, après quelques jours, la solution acquiert une teinte bleuâtre uniforme.
• La diffusion est la plus lente dans les solides. Cependant, le processus est toujours en cours, et cela a été prouvé à plusieurs reprises par des expériences. Par exemple, si vous placez deux barres de métal l'une sur l'autre et que vous appuyez fermement, une fine couche se formera après quelques années entre elles, dans laquelle les molécules des deux métaux seront mélangées. La diffusion des métaux mous est plus rapide, celle des métaux durs beaucoup plus lente.

Diffusion signifie en latin diffusion ou interaction. La diffusion est un concept très important en physique. L'essence de la diffusion est la pénétration de certaines molécules d'une substance dans d'autres. Dans le processus de mélange, les concentrations des deux substances sont égalisées sur le volume qu'elles occupent. Une substance provenant d'un endroit avec une concentration plus élevée va à un endroit avec une concentration plus faible, de ce fait, une égalisation des concentrations se produit.

Ainsi, le phénomène dans lequel il y a une pénétration mutuelle des molécules d'une substance entre les molécules d'une autre est appelé diffusion.

Après avoir considéré ce qu'est la diffusion, il convient de procéder aux conditions qui peuvent affecter le taux de ce phénomène.

Facteurs affectant le taux de diffusion

Pour comprendre de quoi dépend la diffusion, considérez les facteurs qui l'affectent.

La diffusion dépend de la température... Le taux de diffusion augmentera avec l'augmentation de la température, car à mesure que la température augmente, la vitesse de déplacement des molécules augmentera, c'est-à-dire que les molécules se mélangeront plus rapidement. (Vous savez tous que le sucre se dissout très longtemps dans l'eau froide)

Et lors de l'ajout influence externe(une personne remuant du sucre dans de l'eau) la diffusion se déroulera plus rapidement. État de la matière affectera également ce dont dépend la diffusion, à savoir le taux de diffusion. La diffusion thermique dépend du type de molécules. Par exemple, si l'objet est en métal, la diffusion thermique s'effectue plus rapidement que si l'objet était en matière synthétique. La diffusion entre les matériaux solides est très lente.

La vitesse de diffusion dépend donc de : la température, la concentration, les influences extérieures, l'état d'agrégation de la substance

La diffusion est d'une grande importance dans la nature et dans la vie humaine.

Exemples de diffusion

Pour mieux comprendre ce qu'est la diffusion, regardons-la avec des exemples.Donnons ensemble des exemples du processus de diffusion dans les gaz. Les manifestations de ce phénomène peuvent être les suivantes :

La propagation de l'odeur des fleurs;

Diffuser l'odeur du poulet grillé, que le chiot d'Antoshka aime tant ;

Larmes d'oignons hachés ;

Un sillage de parfum que l'on sent dans l'air.

Les écarts entre les particules dans l'air sont assez grands, les particules se déplacent de manière chaotique, de sorte que la diffusion des substances gazeuses se produit assez rapidement.

Un exemple simple et accessible de diffusion de solides est de prendre deux morceaux de pâte à modeler multicolore et de les pétrir dans vos mains, d'observer comment les couleurs se mélangent. Et, par conséquent, sans influence extérieure, si vous appuyez simplement deux pièces l'une contre l'autre, il faudra des mois, voire des années, pour que les deux couleurs se mélangent au moins un peu, pour ainsi dire, pour pénétrer l'une en l'autre.

Les variantes de la manifestation de la diffusion dans les liquides peuvent être les suivantes:

Dissoudre une goutte d'encre dans l'eau;

- Couleur « lin délavé » des tissus mouillés ;

Saler les légumes et cuire la confiture

Donc, la diffusion est le mélange des molécules d'une substance au cours de leur mouvement thermique aléatoire.

Dans une école d'enseignement général, chaque élève de septième année doit se familiariser en physique avec divers phénomènes que l'on peut trouver à la fois dans la vie quotidienne et dans les conditions industrielles.

Cet article concerne la diffusion. Au départ, ce terme peut sembler intimidant, quelque peu inhabituel. En fait, c'est un des phénomènes qui se produisent fréquemment, ou plutôt, pour dire même qu'il a lieu constamment et partout. Regardons ce qu'est la diffusion en physique, en même temps nous donnerons de nombreux exemples qui feront comprendre : il n'y a rien de compliqué, et le sujet dans une matière scolaire est assez simple et intéressant.

Définition de diffusion

Dans différentes sources, vous pouvez trouver différentes formulations, mais une qui ne perd pas son sens originel.

La diffusion est un phénomène dans lequel les molécules d'une substance pénètrent dans les molécules d'une autre substance. Un écolier peut trouver cette phrase trop incompréhensible et compliquée. Mais en fait, tout est assez facile. Comme vous le savez, une molécule est la plus petite particule de toute substance (même l'air, le gaz en a). Chaque molécule est liée par des liaisons structurelles. Plus la structure est dense, plus le corps est dur. Ainsi, la pénétration des molécules d'une substance dans les molécules d'une autre sera plus facile dans le cas où la structure est la plus simple ou les molécules existent librement.

C'est pourquoi la définition ressemble à ceci. Qu'est-ce que la diffusion en physique ? En termes simples : connexion, pénétration de deux substances l'une dans l'autre. En conséquence, un seul tout est formé.

Gaz et air

Commençons par examiner des exemples de composés moléculaires simples comme les gaz. Le fait est que l'air est le plus facile à changer. Par exemple, vous avez vaporisé du parfum dans une pièce. Immédiatement ou après quelques secondes, l'arôme se fait déjà sentir. Dans ce cas, on peut déjà répondre à la question de ce qu'est la diffusion.

En physique, toutes les substances sont subdivisées en trois états principaux :

• gazeux;
• liquide;
• solide.

En conséquence, l'état gazeux est capable d'une réaction assez rapide.

Voici un autre exemple : l'odeur de peinture qui se répand en peignant des produits. Les gaz d'échappement des voitures sont également diffusés dans l'environnement, donc, malheureusement, l'écologie en souffre, l'air est pollué dans les villes et les villages.

Il est à noter que l'air est mobile, ses molécules sont constamment en mouvement. Par conséquent, la diffusion avec des substances gazeuses étrangères se produit constamment.

L'eau

Considérons maintenant brièvement ce qu'est la diffusion en physique par rapport à Imaginez un vaisseau avec de l'eau. Ajoutez-y un peu de permanganate de potassium ou de colorant. Le processus peut être observé jusqu'à ce que l'eau soit complètement colorée. Il est à noter que la diffusion se produit beaucoup plus rapidement dans l'eau chaude. Cela peut être démontré par une tasse de thé ou de café ordinaire. Si dans eau chaude ajoutez du sucre, il se dissoudra rapidement. L'ajout de crème au café chaud fusionne également rapidement le café et l'eau, ainsi que la crème.

La diffusion est également observée lors de la cuisson des soupes, des bouillons et des sauces. Il convient de noter que le traitement thermique des aliments (à savoir la cuisson) se produit le plus souvent précisément parce qu'il est nécessaire de combiner une substance avec une autre. Disons que le bouillon de poulet ne fonctionnera pas dans l'eau froide, car le jus de viande doit interagir avec l'eau chaude.

Produits solides dans l'industrie

Il existe un état de la matière où il est impossible de déterminer si elle est solide ou liquide. Cela ne veut pas dire le tout, mais la totalité. Par exemple, pâte à crêpes, argile liquide, huiles épaisses. Qu'est-ce que la diffusion en physique par rapport à des produits similaires ? La pénétration moléculaire se poursuivra également. Par exemple, dans la fabrication d'alliages, de matières plastiques, divers matériaux sont utilisés à l'état liquide, qui sont naturellement solides. Mais lorsqu'ils sont chauffés, ils deviennent liquides, leurs molécules sont capables de pénétrer les unes dans les autres, c'est-à-dire qu'il y aura diffusion. Ainsi, il existe de nombreux aciers durables, produits en plastique, matériaux.

Diffusion dans les solides

Auparavant, nous avons examiné la définition de ce qu'est la diffusion en physique, maintenant nous le savons. Selon la logique, il ne peut y avoir de diffusion dans les solides. C'est en partie vrai. Mais il est prouvé qu'avec le stockage constant de certaines substances ensemble, elles deviennent un tout.

Par exemple, si le plomb et l'or sont placés ensemble dans une seule boîte de manière à être étroitement pressés l'un contre l'autre, ils se connecteront après environ 5 ans à leurs surfaces. Par conséquent, en répondant à la question de ce qu'est la diffusion en physique, nous considérerons absolument toutes les substances, mais un seul état.

Procédés chimiques

En conclusion, il faut noter que le phénomène de diffusion est étudié en chimie et même en biologie. Par conséquent, ce terme peut être rencontré non seulement en physique. Les chimistes des laboratoires mènent constamment diverses expériences, dans lesquelles un tel processus ne peut être supprimé. Mais le sujet principal est traité en 7e année. Qu'est-ce que la diffusion en physique et en chimie ? C'est un phénomène assez courant dans la nature et dans la vie quotidienne, ainsi que dans la production de quelque chose.