У шкільній програмі передбачено вивчення такого поняття, як дифузія. Що це таке, види дифузії, закон, метод, рівняння, приклади викладені в статті ....

від Masterweb

03.04.2018 22:01

У шкільній програмі в курсі фізики (приблизно в сьомому класі) школярі дізнаються, що дифузія - це процес, який являє собою взаємне проникнення частинок однієї речовини між частинками іншої речовини, в результаті чого відбувається вирівнювання концентрацій у всьому займаному обсязі. Це досить складне для розуміння визначення. Щоб розібратися, що таке проста дифузія, закон дифузії, її рівняння, необхідно детально вивчити матеріали з цих питань. Однак якщо людині досить загального уявлення, то наведені нижче дані допоможуть отримати елементарні знання.

Фізичне явище - що це

У зв'язку з тим, що багато людей плутають або ж зовсім не знають, що таке фізичне явище і чим воно відрізняється від хімічного, а також до якого виду явищ відноситься дифузія, необхідно розібратися, що ж таке фізичне явище. Отже, як усім відомо, фізика є самостійною наукою, що відноситься до області природознавства, яка займається вивченням загальних природних законів про структуру та рух матерії, а також вивчає саму матерію. Відповідно, фізичне явище - це таке явище, в результаті якого не утворюється нових речовин, а лише відбувається зміна будови речовини. Відмінність фізичного явища від хімічного полягає якраз в тому, що в результаті не виходить нових речовин. Таким чином, дифузія - це фізичне явище.

Визначення терміна дифузія

Як відомо, формулювань того чи іншого поняття може бути багато, проте загальний зміст не повинен змінюватися. І явище дифузії не є винятком. Узагальнене визначення має наступний вигляд: дифузія - це фізичне явище, яке являє собою взаємне проникнення частинок (молекул, атомів) двох і більше речовин до рівномірного розподілу по всьому займаному цими речовинами обсягом. В результаті дифузії не утворюється нових речовин, тому вона і є саме фізичним явищем. Простий називають дифузію, в результаті якої відбувається переміщення частинок з області найбільшої концентрації в область меншою концентрацією, яке обумовлено тепловим (хаотичним, броунівським) рухом частинок. Іншими словами, дифузія являє собою процес перемішування частинок різних речовин, причому частинки при цьому розподіляються рівномірно по всьому об'єму. Це дуже спрощене визначення, зате найбільш зрозуміле.

види дифузії

Дифузію можна зафіксувати як при спостереженні за газоподібними і рідкими речовинами, так і за твердими. Тому вона включає кілька видів:

• Квантова дифузія - це процес дифузії частинок або точкових дефектів (локальних порушень кристалічної решітки речовини), який здійснюється в твердих тілах. Локальні порушення - це порушення в певній точці кристалічної решітки.

• Колоїдна - дифузія, яка відбувається у всьому обсязі колоїдної системи. Колоїдна система являє собою середовище, в якій розподілені частки, бульбашки, краплі інший, що відрізняється по агрегатному стані і складу від першої, середовища. Такі системи, а також протікають в них процеси, детально вивчаються в курсі колоїдної хімії.
• Конвективная - перенесення мікрочастинок одного речовини макрочастки середовища. Особливий розділ фізики, званий гидродинамикой, займається вивченням руху суцільних середовищ. Звідти можна почерпнути знання про стани потоку.
• Турбулентна дифузія - це процес перенесення одного речовини в іншому, обумовлений турбулентним рухом другого речовини (характерна для газів і рідин).

Підтверджується висловлювання, що дифузія може протікати як в газах і рідинах, так і в твердих тілах.

Що таке закон Фіка?

Німецьким ученим, фізиком Фіком, був виведений закон, який показує залежність щільності потоку частинок через одиничну площадку від зміни концентрації речовини на одиницю довжини. Цей закон і є законом дифузії. Закон можна сформулювати наступним чином: потік частинок, який спрямований по осі, пропорційний похідною від числа частинок по змінної, що відкладається вздовж тієї осі, щодо якої визначається напрямок потоку частинок. Іншими словами, що рухається в напрямку осі потік частинок пропорційний похідною від числа частинок по змінної, яка відкладається вздовж тієї ж осі, що і потік. Закон Фіка дозволяє описати процес перенесення речовини в часі і просторі.

рівняння дифузії

Коли в речовині присутні потоки, відбувається перерозподіл самого речовини в просторі. У зв'язку з цим існує кілька рівнянь, які описують цей процес перерозподілу з макроскопічної точки зору. Рівняння дифузії є диференціальним. Воно випливає із загального рівняння переносу речовини, яке також називають рівнянням безперервності. При наявності дифузії використовується закон Фіка, який описаний вище. Рівняння має наступний вигляд:

dn / dt \u003d (d / dx) * (D * (dn / dx) + q.

дифузійні методи

Метод дифузії, точніше метод її здійснення в твердих матеріалах, широко використовується останнім часом. Це пов'язано з перевагами методу, одним з яких є простота використовуваного обладнання і самого процесу. Суть методу дифузії з твердих джерел полягає в нанесенні легованих одним або декількома елементами плівок на напівпровідники. Існує ще кілька методів здійснення дифузії, крім методу твердих джерел:

• в замкнутому просторі (ампульний спосіб). Мінімальна токсичність є перевагою методу, проте його дорожнеча, обумовлена \u200b\u200bодноразові ампули, є істотним недоліком;
• в незамкнутому обсязі (термічна дифузія). Виключаються можливості використання багатьох елементів через високі температур, а також бічна дифузія є великими недоліками даного методу;
• в частково-замкнутому просторі (бокс-метод). Це проміжний метод між двома описаними вище.

Для того, щоб більше дізнатися про методи та особливості проведення дифузії, необхідно вивчити додаткову літературу, присвячену саме цих питань.

Вулиця Кіевян, 16 0016 Вірменія, Єреван +374 11 233 255

ДИФУЗІЯ -і; ж. [Від лат. diffusio - поширення, розтікання] 1. Фіз. Взаємне проникнення дотичних речовин один в одного внаслідок теплового переміщення частинок речовини. Д. газів. Д. рідин. 2. Взаємопроникнення, взаємообмін чимось л. Тлумачний словник Кузнєцова

дифузія - дифузія ж. 1. Взаємне проникнення дотичних речовин один в одного внаслідок теплового руху молекул і атомів. 2. Взаємопроникнення, взаємообмін чим-небудь. Тлумачний словник Єфремової

Дифузія - (лат. Diffusio поширення, розтікання) процес мимовільного взаємопроникнення дотичних речовин за рахунок теплового руху частинок; є одним з основних процесів, що забезпечують переміщення речовин в клітинах і тканинах. медична енциклопедія

Дифузія - I дифузія (від лат. Diffusio - поширення, розтікання) взаємне проникнення дотичних речовин один в одного внаслідок теплового руху частинок речовини. Велика Радянська Енциклопедія

Дифузія - Культурна взаємне проникнення культурних рис і комплексів з одного суспільства в інше при їх зіткненні. Словник з культурології

Дифузія - (від лат. Diffusio - поширення, розтікання, розсіювання * a. Diffusion; н. Diffusion; ф. Diffusion; і. Difusion) - перенесення речовини, обумовлений вирівнюванням його концентрації в спочатку неоднорідному системі. Д. - одна зі стадій багаточисельних. гірнича енциклопедія

Дифузія - Д. називається часткове поширення тіл один в одного, результатом чого є повна однорідність системи, на початку різнорідної. Д. відбувається в рідинах, газах і твердих тілах. Енциклопедичний словник Брокгауза і Ефрона

дифузія - 1) проникнення молекул однієї речовини (газу, рідини, твердого тіла) в інше при їх безпосередньому зіткненні або через пористу перегородку. Мікробіологія. Словник термінів

ДИФУЗІЯ - ДИФУЗІЯ (від лат. Diffusio - поширення, розтікання, розсіювання) - рух частинок середовища, що приводить до переносу речовини і вирівнювання концентрацій або до встановлення рівноважного розподілу концентрацій часток даного сорту в середовищі. Великий енциклопедичний словник

дифузія - ДІФФ'УЗІЯ, см. дифузія. Тлумачний словник Ушакова

дифузія - ім., к-ть синонімів: 9 бародіффузія 1 проникнення 32 пьезодіффузія 1 поширення 37 розсіювання 29 розтікання 5 самодифузія 1 термодифузія 2 електродифузія 1 Словник синонімів російської мови

ДИФУЗІЯ - ДИФУЗІЯ - англ. diffusion; ньому. Diffusion. 1. Поширення і прийняття певних об'єктів (інновацій, інформації, елементів культури) в соц. системі. 2. Запозичення, засвоєння елементів іншої культури. соціологічний словник

дифузія - -і, ж. фіз. Взаємне проникнення дотичних речовин один в одного внаслідок теплового переміщення частинок речовини. Дифузія газів. Дифузія рідин. [Від лат. diffusio - поширення, розтікання] Малий академічний словник

дифузія - Дифузія, дифузії, дифузії, дифузії, дифузії, дифузії, дифузію, дифузії, дифузією, дифузія, дифузія, дифузії, дифузії Граматичний словник Залізняка

ДИФУЗІЯ - ДИФУЗІЯ, переміщення речовини в суміші з область з високою концентрацією в області з низькою концентрацією, викликане випадковим переміщенням окремих атомів або молекул. Дифузія припиняється, коли зникає градієнт концентрації. Науково-технічний словник

дифузія - Дифузії, ж. [Латин. diffusio] (фіз.). Взаємне проникнення один в одного різнорідних тіл, наведених в зіткнення. Дифузії рідин. Великий словник іншомовних слів

дифузія - ДИФУЗІЯ, і, ж. (Спец.). Взаємне проникнення частинок однієї речовини в іншу при їх зіткненні. Д. газів. | дод. дифузний, а, е. Тлумачний словник Ожегова

Будь-який об'єкт або речовину матеріального світу складаються з найдрібніших молекул - і ті перебувають в безперервному русі. У повсякденному житті ми часто спостерігаємо процес змішування деяких речовин, рідин або газів - наприклад, бачимо, як кава розчиняється в воді, відчуваємо, як запах поширюється по кімнаті, і так далі. Фізично ці процеси обумовлені саме змішанням молекул двох речовин - і називається таке змішання дифузією.

Дифузія - через що вона відбувається, і який буває?

При температурі навколишнього середовища вище абсолютного нуля - тобто, при будь-яких умовах на Землі - молекули речовин безперервно хаотично рухаються, переміщаються в просторі, стикаються і змінюють свій напрямок. Обумовлено це тим, що все в природі прагне до рівноваги.

Якщо в одному кутку кімнати велика концентрація молекул будь-якого газоподібної речовини, то ці молекули будуть прагнути проникнути в незайняте простір. А молекули двох рідин, якщо одночасно налити їх в стакан, спробують зайняти все доступне місце - і відповідно, перемішуються.

Дифузію додатково прискорюють зовнішні впливи і підвищення температури - при високій температурі процес відбувається швидше.

Дифузія і агрегатні стани тел

Процес змішування відбувається між молекулами практично будь-яких тіл і речовин, в якому б агрегатному стані вони не знаходилися. Але звичайно, стан впливає на швидкість дифузії.

• Швидше за все перемішуються між собою молекули газів. Цей феномен ми спостерігаємо щодня, користуючись освіжувачем повітря або готуючи вечірній вечерю на плиті - запахи поширюються по приміщенню миттєво.
• Повільніше, ніж гази, але все одно швидко, перемішуються рідини. Наприклад, холодне молоко розчиниться в гарячому кави за пару хвилин, при помішуванні - набагато швидше. У школі на уроках фізики учням демонструють експеримент з мідним купоросом - синю рідину додають в воду, і через кілька днів розчин набуває рівномірний блакитний відтінок.
• Найповільніше відбувається дифузія в твердих тілах. Однак процес все одно йде, і це неодноразово доведено дослідами. Наприклад, якщо покласти один на одного і щільно притиснути два бруска металу, то через кілька років між ними утворюється тонкий шар, в якому молекули обох металів будуть перемішані один з одним. Дифузія м'яких металів відбувається швидше, твердих - набагато повільніше.

Дифузія перекладається з латині, як поширення або взаємодія. Дифузія є дуже важливим поняттям фізики. Суть дифузії полягає в проникненні одних молекул речовини в інші. У процесі перемішування відбувається вирівнювання концентрацій обох речовин по займаного ними обсягом. Речовина з місця з більшою концентрацією переходить в місце з меншою концентрацією, за рахунок цього і відбувається вирівнювання концентрацій.

Отже, явище, при якому відбувається взаємне проникнення молекул однієї речовини між молекулами іншого, називається дифузією.

Розглянувши, що таке дифузія, слід перейти до умов, які можуть впливати на швидкість протікання цього явища.

Фактори, що впливають на швидкість дифузії

Щоб зрозуміти, від чого залежить дифузія, розглянемо чинники, які на неї впливають.

Дифузія залежить від температури. Швидкість дифузії буде збільшуватися зі збільшенням температури, тому що при підвищенні температури буде збільшуватися швидкість руху молекул, тобто молекули будуть швидше перемішуватися. (Ви все знаєте, що в холодній воді цукор расстворяется дуже довго)

А при додаванні зовнішнього впливу(Людина розмішує цукор у воді) дифузія буде протікати швидше. Агрегатний стан речовини теж буде впливати на те, від чого залежить дифузія, а саме на швидкість дифузії. Теплова дифузія залежить від виду молекул. Наприклад, якщо предмет металевий, то теплова дифузія протікає швидше, на відміну від того, якби цей предмет був зроблений з синтетичного матеріалу. Дуже повільно протікає дифузія між твердими матеріалами.

Отже швидкість дифузії залежить від: температури, концентрації, зовнішніх впливів, агрегатного стану речовини

Дифузія має величезне значення в природі і в житті людини.

приклади дифузії

Щоб краще розібратися, що таке дифузія, розглянемо її на прімерах.Давайте разом наведемо приклади процесу дифузії в газах. Варіанти прояви цього явища можуть бути такими:

Поширення запаху квітів;

Поширення запаху курочки гриль, яка так подобається цуценяті Антошке;

Сльози через нарізування цибулі;

Шлейф духів, який можна відчути в повітрі.

Проміжки між частинками в повітрі досить великі, частинки рухаються хаотично, тому дифузія газоподібних речовин відбувається досить швидко.

Простий і доступний кожному приклад дифузія твердих тіл - це взяти два шматки різнобарвного пластиліну і розминаючи їх в руках, спостерігати, як змішуються кольори. А, відповідно, без зовнішнього впливу, якщо просто притиснути два шматки один до одного, будуть потрібні місяці або навіть роки, щоб два кольори хоч трохи перемішалися, так би мовити, проникли один в одного.

Варіанти прояви дифузія в рідинах можуть бути такими:

Розчинення краплі чорнила в воді;

- "Білизна злиняти" забарвлення мокрих тканин;

Соління овочів і варіння варення

Отже, дифузією є перемішування молекул речовини при їх безладному тепловому русі.

В загальноосвітній школі кожен семикласник обов'язково знайомиться з фізики з різними явищами, які можна зустріти як в повсякденному житті, так і в промислових умовах.

Дана стаття присвячена дифузії. Спочатку цей термін може здатися страшним, чимось незвичайним. Насправді, він є одним з найпоширеніших явищ, точніше навіть сказати, що воно завжди і скрізь має місце. Давайте з вами розглянемо, що таке дифузія в фізиці, заодно наведемо безліч прикладів, які дадуть зрозуміти: немає нічого складного, а тема по шкільного предмету досить проста і цікава.

визначення дифузії

У різних джерелах можна зустріти різну формулювання, але таку, яка не втрачає свій первісний зміст.

Дифузія - явище, при якому молекули однієї речовини проникають в молекули іншої речовини. Школяру може здатися ця фраза дуже незрозумілою і складною. Але насправді, все досить легко. Як відомо, молекула - дрібна частка будь-якої речовини (вона є навіть у повітря, газу). Кожна молекула з'єднується між собою структурними зв'язками. Чим щільніше структура, тим твердіше тіло. Таким чином, проникнення молекул однієї речовини в молекули іншого буде простіше в разі, коли структура найбільш проста або ж молекули існують вільно.

Ось чому так звучить визначення. Що таке дифузія в фізиці? Простіше кажучи: з'єднання, проникнення двох речовин один в одного. В результаті утворюється єдине ціле.

Газ і повітря

Давайте почнемо з розгляду прикладів, присвячених простим молекулярним з'єднанням як гази. Справа в тому, що повітря найлегше піддається змінам. Наприклад, ви розпорошили в кімнаті духи. Моментально або через кілька секунд вже відчувається аромат. В даному випадку ми вже можемо відповісти на питання про те, що таке дифузія.

У фізиці все речовини підрозділяються на три основні стани:

• газоподібне;
• рідке;
• тверде.

Відповідно, газоподібний стан здатне на досить швидку реакцію.

Наведемо ще приклад: запах фарби, що розповсюджується навколо під час фарбування виробів. Вихлопні гази автомобілів також є дифузією в навколишньому середовищі, тому, на жаль, страждає екологія, забруднене повітря у великих і маленьких містах.

Варто відзначити, що повітря рухливий, його молекули постійно переміщаються. Тому дифузія з будь-якими сторонніми газоподібними речовинами відбувається постійно.

вода

А тепер розглянемо коротко, що таке дифузія в фізиці щодо Уявімо собі посудину з водою. У нього додамо трохи марганцівки або барвника. Процес можна спостерігати до тих пір, поки вода повністю не забарвиться. Слід зазначити, що дифузія відбувається набагато швидше в гарячій воді. Це може продемонструвати звичайна чашка з чаєм або кавою. Якщо в гарячу воду додати цукор, то він швидко розчиниться. При додаванні вершків в гарячу каву теж відбувається швидке злиття кава і води, а також вершків.

При варінні супів, бульйонів і соусів теж спостерігається дифузія. Слід зазначити, що термічна обробка їжі (а саме варіння) відбувається найчастіше саме тому, що потрібно поєднати одне речовина з іншим. Припустимо, курячий бульйон не вийде в холодній воді, адже м'ясний сік повинен взаємодіяти з гарячою водою.

Тверді вироби в промисловості

Існує такий стан речовин, коли неможливо визначити, тверде воно чи рідке. Мається на увазі не саме а сукупність. Наприклад, тісто для млинців, рідка глина, густі масла. Що таке дифузія в фізиці по відношенню до подібних виробів? Проникнення молекул також збережеться. Наприклад, при виготовленні сплавів, пластмас застосовуються в рідкому стані різні матеріали, які по своїй природному середовищі тверді. Але при нагріванні вони стають рідкими, їх молекули здатні проникати одні в інші, тобто буде дифузія. Таким чином, існує безліч міцних сталевих, пластикових виробів, матеріалів.

Дифузія в твердих тілах

Раніше ми розглянули визначення, що таке дифузія в фізиці, тепер знаємо. Згідно з логікою, в твердих речовинах дифузії бути не може. Почасти це так. Але є відомості, що при постійному зберіганні разом деяких речовин вони стають єдиним цілим.

Наприклад, якщо разом помістити в один ящик свинець і золото так, щоб вони були тісно притиснуті один до одного, то приблизно через 5 років вони з'єднаються своїми поверхнями. Тому, відповідаючи на питання про те, що таке дифузія в фізиці, будемо розглядати абсолютно всі речовини, але тільки одного стану.

хімічні процеси

На закінчення варто відзначити, що явище дифузії вивчається і в хімії, і навіть в біології. Тому з цим терміном можна зіткнутися не тільки з фізики. Хіміки в лабораторіях постійно проводять різні досліди, в яких без подібного процесу не обійтися. Але основна тема розглядається в 7 класі. Що таке дифузія в фізиці і хімії? Це досить часто зустрічається явище в природі і в побуті, а також при виробництві чого-небудь.