Dyfuzja - co to jest?

W szkolnym programie nauczania fizyki (w przybliżeniu siódma klasa) uczniowie uczą się, że dyfuzja jest procesem, który reprezentuje wzajemne przenikanie cząstek jednej substancji pomiędzy cząstkami innej substancji, w wyniku czego stężenia w całej objętości są wyrównane. Jest to dość trudna definicja do zrozumienia. Aby zrozumieć, czym jest prosta dyfuzja, prawo dyfuzji, jej równanie, konieczne jest szczegółowe zbadanie materiałów dotyczących tych zagadnień. Jeśli jednak dana osoba ma ogólny pomysł, poniższe dane pomogą uzyskać podstawową wiedzę.

Fizyczne zjawisko - co to jest

Z uwagi na to, że wiele osób myli lub nie wie w ogóle, czym jest zjawisko fizyczne i czym różni się od zjawiska chemicznego, a także czym są zjawiska dyfuzji, konieczne jest ustalenie, czym jest zjawisko fizyczne. Tak więc, jak wszyscy wiedzą, fizyka jest niezależną nauką związaną z dziedziną nauki przyrodniczej, która bada ogólne prawa natury dotyczące struktury i ruchu materii, a także bada samą materię. W związku z tym zjawiskiem fizycznym jest takie zjawisko, w wyniku którego nie powstają nowe substancje, ale zachodzi jedynie zmiana w strukturze substancji. Różnica między zjawiskiem fizycznym a chemicznym polega właśnie na tym, że w rezultacie nie powstają nowe substancje. Tak więc dyfuzja jest zjawiskiem fizycznym.

Definicja terminu dyfuzja

Jak wiecie, sformułowanie koncepcji może być wiele, ale ogólne znaczenie nie powinno się zmieniać. A zjawisko dyfuzji nie jest wyjątkiem. Uogólniona definicja ma następującą postać: dyfuzja jest zjawiskiem fizycznym, którym jest wzajemne przenikanie cząstek (cząsteczek, atomów) dwóch lub więcej substancji do jednolitego rozkładu w objętości zajmowanej przez te substancje. W wyniku dyfuzji nie powstają nowe substancje, dlatego jest to zjawisko fizyczne. Zwykle nazywamy dyfuzję, co powoduje przemieszczanie się cząstek z obszaru największego stężenia do obszaru o mniejszej koncentracji, co jest spowodowane przez ruch termiczny (chaotyczny, ruchy Browna) cząstek. Innymi słowy, dyfuzja jest procesem mieszania cząstek różnych substancji, a cząstki są rozmieszczone równomiernie w całej objętości. Jest to bardzo uproszczona definicja, ale najbardziej zrozumiała.

Rodzaje dyfuzji

Dyfuzja może być ustalona tak, jak przy obserwacji substancji gazowych i ciekłych, jak również stałych. Dlatego obejmuje kilka rodzajów:

• Dyfuzja kwantowa jest procesem dyfuzji cząstek lub defektów punktowych (lokalne naruszenia sieci krystalicznej substancji), która jest przeprowadzana w ciałach stałych. Lokalne zakłócenie jest zakłóceniem w określonym punkcie sieci krystalicznej.

• Koloid - dyfuzja występująca w objętości układ koloidalny. System koloidalny Jest to ośrodek, w którym cząstki, bąbelki i krople są różne, różniące się stanem agregacji i składu od pierwszego medium. Takie systemy, a także procesy zachodzące w nich, są szczegółowo badane w trakcie chemii koloidów.
• Konwekcyjne - przeniesienie mikrocząstek jednej substancji przez makrocząsteczki ośrodka. Specjalne sekcja fizyki, zwana hydrodynamiką, zajmuje się badaniem ruchu mediów ciągłych. Stamtąd można dowiedzieć się o stanach przepływu.
• Turbulentna dyfuzja jest procesem przenoszenia jednej substancji na drugą, z powodu turbulentnego ruchu drugiej substancji (typowej dla gazów i cieczy).

Oświadczenie potwierdza, że ​​dyfuzja może przebiegać zarówno w gazach i cieczach, jak iw ciałach stałych.

Jakie jest prawo Fika?

Niemiecki naukowiec, fizyk Fick, wprowadził prawo wykazujące zależność gęstości strumienia cząstek w jednym miejscu od zmiany stężenia substancji na jednostkę długości. To prawo jest prawem dyfuzji. Prawo można sformułować w następujący sposób: strumień cząstek kierowany wzdłuż osi jest proporcjonalny do pochodnej liczby cząstek w zmiennej położonej wzdłuż tej osi, względem której wyznaczany jest kierunek strumienia cząstek. Innymi słowy, przepływ cząstek poruszający się w kierunku osi jest proporcjonalny do pochodnej liczby cząstek w zmiennej, która jest osadzana wzdłuż tej samej osi co strumień. Prawo Ficka pozwala opisać proces przenoszenia materii w czasie i przestrzeni.

Równanie dyfuzji

Kiedy przepływy występują w substancji, następuje redystrybucja samej substancji w przestrzeni. W związku z tym istnieje kilka równań, które opisują ten proces redystrybucji z makroskopowego punktu widzenia. Równanie dyfuzji jest zróżnicowane. Wynika to z ogólnego równania transportu substancji, które jest również nazywane równaniem ciągłości. W obecności dyfuzji stosuje się prawo Ficka, które zostało opisane powyżej. Równanie ma następującą postać:

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

Metody dyfuzji

Metoda dyfuzji, a dokładniej metoda jej zastosowania w materiałach pełnych, była ostatnio szeroko stosowana. Wynika to z zalet tej metody, z których jedną jest prostota użytego sprzętu i sam proces. Istotą metody dyfuzji ze źródeł stałych jest osadzanie filmów domieszkowanych jednym lub kilkoma elementami na półprzewodnikach. Istnieje kilka innych metod dyfuzji, oprócz metody źródeł stałych:

• w zamkniętej objętości (metoda ampułek). Minimalna toksyczność jest zaletą tej metody, ale jej wysoki koszt, ze względu na możliwość wyjęcia ampułki, stanowi znaczącą wadę;
• w otwartej objętości (dyfuzja cieplna). Możliwość wyłączenia wielu elementów z powodu wysokich temperatur jest wykluczona, a dyfuzja boczna to główne wady tej metody;
• w częściowo zamkniętej objętości (metoda pudełkowa). Jest to metoda pośrednia między dwoma opisanymi powyżej.

Aby dowiedzieć się więcej o metodach i cechach dyfuzji, należy przestudiować dodatkową literaturę poświęconą tym zagadnieniom.