გაზიზოვა გუზელი

"ნაბიჯი მეცნიერებაში - 2016"

ჩამოტვირთვა:

გადახედვა:

მუნიციპალური საბიუჯეტო საგანმანათლებლო დაწესებულება

„არსკის No7 საშუალო სკოლა“ არსკი

თათარსტანის რესპუბლიკის მუნიციპალური ოლქი.

რესპუბლიკური სამეცნიერო და პრაქტიკული კონფერენცია

"ნაბიჯი მეცნიერებაში - 2016"

განყოფილება: ფიზიკა და ტექნიკური შემოქმედება

Კვლევა

თემა: წყალში დიფუზიის დაკვირვება და ტემპერატურის გავლენა დიფუზიის სიჩქარეზე.

თანამდებობა.

გაზიზოვა გუზელ რობერტოვნა ზინატულინ ფიდარის ფაისალოვიჩი

მე-7 კლასის მოსწავლე ფიზიკის მასწავლებელი 1 კვარტალი. კატეგორიები.

2016 წელი

1. შესავალი გვერდი 3

1. კვლევის პრობლემა
2. თემის აქტუალობა და კვლევის პრაქტიკული მნიშვნელობა
3. კვლევის ობიექტი და საგანი
4. Მიზნები და ამოცანები
5. კვლევის ჰიპოთეზა

1. კვლევითი სამუშაოს ძირითადი ნაწილი გვერდი 5

1. დაკვირვებისა და ექსპერიმენტების ადგილისა და პირობების აღწერა
2. კვლევის მეთოდოლოგია, მისი ვალიდობა
3. ექსპერიმენტის ძირითადი შედეგები
4. განზოგადება და დასკვნები

1. დასკვნა გვერდი 6
2. ცნობები გვერდი 7

დიფუზია (ლათ. diffusio - გავრცელება, გავრცელება, გაფანტვა, ურთიერთქმედება) არის მოლეკულების ან ერთი ნივთიერების ატომების ურთიერთშეღწევის პროცესი მოლეკულებს ან მეორის ატომებს შორის, რაც იწვევს მათი კონცენტრაციების სპონტანურ გათანაბრებას მთელ დაკავებულ მოცულობაში. ზოგიერთ სიტუაციაში, ერთ-ერთ ნივთიერებას უკვე აქვს თანაბარი კონცენტრაცია და ერთი საუბრობს ერთი ნივთიერების მეორეში გავრცელებაზე. ამ შემთხვევაში ნივთიერების გადატანა ხდება მაღალი კონცენტრაციის ფართობიდან დაბალი კონცენტრაციის ზონაში.

თუ წყალი საგულდაგულოდ შეედინება სპილენძის სულფატის ხსნარში, მაშინ ორ ფენას შორის იქმნება გამჭვირვალე ინტერფეისი (სპილენძის სულფატი წყალზე მძიმეა). მაგრამ ორ დღეში ჭურჭელში ერთგვაროვანი სითხე იქნება. ეს ხდება სრულიად შემთხვევით.

კიდევ ერთი მაგალითი დაკავშირებულია მყარ სხეულთან: თუ ღეროს ერთი ბოლო გაცხელებულია, ან ელექტრული დამუხტვაა, სითბო (ან, შესაბამისად, ელექტრული დენი) ცხელი (დამუხტული) ნაწილიდან ცივ (დაუხტავ) ნაწილზე ვრცელდება. ლითონის ღეროს შემთხვევაში თერმული დიფუზია სწრაფად ვითარდება და დენი თითქმის მყისიერად მიედინება. თუ ღერო დამზადებულია სინთეზური მასალისაგან, თერმული დიფუზია ნელია, ხოლო ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკების დიფუზია ძალიან ნელი. მოლეკულების დიფუზია ზოგადად კიდევ უფრო ნელა მიმდინარეობს. მაგალითად, თუ შაქრის ნაჭერი ერთი ჭიქა წყლის ფსკერზე ჩამოიყვანეთ და წყალი არ აურიეთ, ხსნარის ერთგვაროვნებამდე რამდენიმე კვირა დასჭირდება. კიდევ უფრო ნელია ერთი მყარის მეორეში დიფუზია. მაგალითად, თუ სპილენძი დაფარულია ოქროთი, მაშინ ოქრო გავრცელდება სპილენძში, მაგრამ ნორმალურ პირობებში (ოთახის ტემპერატურა და ატმოსფერული წნევა) ოქროს შემცველი ფენა რამდენიმე მიკრომეტრის სისქეს მიაღწევს მხოლოდ რამდენიმე ათასი წლის შემდეგ.

დიფუზიური პროცესების პირველი რაოდენობრივი აღწერა გერმანელმა ფიზიოლოგმა ა.ფიკმა 1855 წელს მისცა.

დიფუზია ხდება აირებში, სითხეებსა და მყარ სხეულებში და მათში არსებული უცხო ნივთიერებების ორივე ნაწილაკი და მათი საკუთარი ნაწილაკები შეიძლება გავრცელდეს.

დიფუზია ადამიანის ცხოვრებაში

დიფუზიის ფენომენის შესწავლისას მივედი დასკვნამდე, რომ სწორედ ამ ფენომენის წყალობით ცხოვრობს ადამიანი. ყოველივე ამის შემდეგ, როგორც მოგეხსენებათ, ჰაერი, რომელსაც ჩვენ ვსუნთქავთ, შედგება აირების ნარევისგან: აზოტი, ჟანგბადი, ნახშირორჟანგი და წყლის ორთქლი. იგი მდებარეობს ტროპოსფეროში - ატმოსფეროს ქვედა ფენაში. დიფუზიური პროცესები რომ არ ყოფილიყო, მაშინ ჩვენი ატმოსფერო უბრალოდ სტრატიფიცირდებოდა გრავიტაციის მოქმედებით, რომელიც მოქმედებს დედამიწის ზედაპირზე ან მის მახლობლად მდებარე ყველა სხეულზე, მათ შორის ჰაერის მოლეკულებზე. ბოლოში ნახშირორჟანგის უფრო მძიმე ფენა იქნებოდა, მის ზემოთ - ჟანგბადი, ზემოთ - აზოტი და ინერტული აირები. მაგრამ ნორმალური ცხოვრებისთვის ჩვენ გვჭირდება ჟანგბადი და არა ნახშირორჟანგი. დიფუზია ასევე ხდება თავად ადამიანის სხეულში. ადამიანის სუნთქვა და საჭმლის მონელება ემყარება დიფუზიას. თუ ვსაუბრობთ სუნთქვაზე, მაშინ ყოველ მომენტში სისხლძარღვებში, რომლებიც ალვეოლებს ახვევენ, არის დაახლოებით 70 მლ სისხლი, საიდანაც ნახშირორჟანგი ვრცელდება ალვეოლებში, ხოლო ჟანგბადი ვრცელდება საპირისპირო მიმართულებით. ალვეოლის უზარმაზარი ზედაპირი შესაძლებელს ხდის ინტრაალვეოლურ ჰაერთან სისხლის გაცვლის აირების სისქის 1 მიკრონამდე შემცირებას, რაც შესაძლებელს ხდის სისხლის ამ რაოდენობის ჟანგბადით გაჯერებას და ჭარბი ნახშირორჟანგისგან განთავისუფლებას ნაკლებ დროში. 1 წამი.

ეს ფენომენი გავლენას ახდენს ადამიანის სხეულზეც - ჰაერის ჟანგბადი ალვეოლის კედლებში დიფუზიის გზით აღწევს ფილტვების სისხლის კაპილარებში, შემდეგ კი მათში იხსნება, ვრცელდება მთელ სხეულზე, ამდიდრებს მას ჟანგბადით.

დიფუზია გამოიყენება მრავალ ტექნოლოგიურ პროცესში: დამარილება, შაქრის წარმოება (შაქრის ჭარხლის ნამსხვრევები ირეცხება წყლით, შაქრის მოლეკულები ნამსხვრევებიდან ხსნარში იშლება), ჯემის მომზადება, ქსოვილის შეღებვა, სამრეცხაო, კარბურირება, ლითონების შედუღება და შედუღება, მათ შორის დიფუზია. შედუღება ვაკუუმში (ლითონების შედუღება, რომელთა შეერთება შეუძლებელია სხვა მეთოდებით - ფოლადი თუჯით, ვერცხლი უჟანგავი ფოლადით და ა. ფოლადის ზედაპირის აზოტით (ფოლადი ხდება მყარი, აცვიათ მდგრადი), კარბურიზაცია - ფოლადის პროდუქტების გაჯერება ნახშირბადით, ციანიდაცია - ფოლადის ზედაპირის გაჯერება ნახშირბადით და აზოტით.

როგორც ზემოთ მოყვანილი მაგალითებიდან ჩანს, დიფუზიის პროცესები ძალიან მნიშვნელოვან როლს თამაშობს ადამიანების ცხოვრებაში.

პრობლემა: რატომ მიმდინარეობს დიფუზია განსხვავებულად სხვადასხვა ტემპერატურაზე?

შესაბამისობა ამ კვლევას ვხედავ იმაში, რომ თემა „დიფუზია თხევად, მყარ და აირისებრ მდგომარეობებში“ სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ ფიზიკის კურსისთვის. დიფუზიის ცოდნა შეიძლება გამომადგეს ყოველდღიურ ცხოვრებაში. ეს ინფორმაცია დაგეხმარებათ მოემზადოთ ფიზიკის გამოცდისთვის დაწყებითი და საშუალო სკოლების კურსისთვის. ძალიან მომეწონა თემა და გადავწყვიტე უფრო ღრმად შემესწავლა.

ჩემი კვლევის ობიექტიარის დიფუზია, რომელიც ხდება წყალში სხვადასხვა ტემპერატურაზე დაშესწავლის საგანი- დაკვირვებები სხვადასხვა ტემპერატურაზე ექსპერიმენტების დაყენებითრეჟიმები.

მიზანი:

1. გააფართოვეთ ცოდნა დიფუზიის შესახებ, მისი დამოკიდებულება სხვადასხვა ფაქტორებზე.
2. ახსენით დიფუზიის ფენომენის ფიზიკური ბუნება მატერიის მოლეკულური სტრუქტურის საფუძველზე.
3. გაარკვიეთ დიფუზიის სიჩქარის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შერევად სითხეებში.
4. დაადასტურეთ თეორიული ფაქტები ექსპერიმენტული შედეგებით.
5. მიღებული ცოდნის შეჯამება და რეკომენდაციების შემუშავება.

კვლევის მიზნები:

1. გამოიკვლიეთ წყალში დიფუზიის სიჩქარე სხვადასხვა ტემპერატურაზე.
2. დაამტკიცეთ, რომ სითხის აორთქლება მოლეკულების მოძრაობის შედეგია

ჰიპოთეზა: მაღალ ტემპერატურაზე მოლეკულები უფრო სწრაფად მოძრაობენ და ამის გამო ისინი უფრო სწრაფად ირევიან.

კვლევითი სამუშაოს ძირითადი ნაწილი

ჩემი კვლევისთვის ორი ჭიქა ავიღე. ერთს თბილი წყალი დაასხა, მეორეში კი ცივი. პარალელურად მათში ჩაის ტომარა ჩაუშვა. თბილი წყალი უფრო სწრაფად გახდა ყავისფერი, ვიდრე ცივი წყალი. ცნობილია, რომ თბილ წყალში მოლეკულები უფრო სწრაფად მოძრაობენ, რადგან მათი სიჩქარე დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. ეს ნიშნავს, რომ ჩაის მოლეკულები სწრაფად შეაღწევენ წყლის მოლეკულებს შორის. ცივ წყალში მოლეკულების სიჩქარე ნელია, ამიტომ აქ დიფუზიის ფენომენი უფრო ნელა მიმდინარეობს. ერთი ნივთიერების მოლეკულების მეორე ნივთიერების მოლეკულებს შორის შეღწევის ფენომენს დიფუზია ეწოდება.

მერე ამდენივე წყალი ჩავასხი ორ ჭიქაში. ერთი ჭიქა ოთახში მაგიდაზე დავტოვე, მეორე კი მაცივარში დავდე. ხუთი საათის შემდეგ შევადარე წყლის დონე. აღმოჩნდა, რომ მაცივრიდან ჭიქაში დონე პრაქტიკულად არ შეცვლილა. მეორეში - დონე საგრძნობლად დაეცა. ეს გამოწვეულია მოლეკულების მოძრაობით. და რაც უფრო დიდია, რაც უფრო მაღალია ტემპერატურა. უფრო მაღალი სიჩქარით, წყლის მოლეკულები, რომლებიც უახლოვდებიან ზედაპირს, "ხტებიან". მოლეკულების ამ მოძრაობას აორთქლება ეწოდება. გამოცდილებამ აჩვენა, რომ აორთქლება უფრო სწრაფად მიმდინარეობს მაღალ ტემპერატურაზე, ვინაიდან რაც უფრო სწრაფად მოძრაობენ მოლეკულები, მით მეტი მოლეკულა მიფრინავს სითხეს ერთდროულად. ცივ წყალში სიჩქარე დაბალია, ამიტომ ისინი რჩებიან ჭიქაში.

დასკვნა:

წყალში სხვადასხვა ტემპერატურაზე დიფუზიის ექსპერიმენტებზე და დაკვირვებებზე დავრწმუნდი, რომ ტემპერატურა ძლიერ გავლენას ახდენს მოლეკულების სიჩქარეზე. ამას მოწმობდა აორთქლების სხვადასხვა ხარისხი. ამრიგად, რაც უფრო ცხელია ნივთიერება, მით მეტია მოლეკულების სიჩქარე. რაც უფრო ცივია, მით უფრო ნელია მოლეკულების სიჩქარე. ამიტომ სითხეებში დიფუზია უფრო სწრაფად განვითარდება მაღალ ტემპერატურაზე.

ლიტერატურა:

1. A.V. პერიშკინი. ფიზიკა მე-7 კლასი. M.: Bustard, 2011 წ.
2. ბიბლიოთეკა "პირველი სექტემბერი". მ .: "პირველი სექტემბერი", 2002 წ.
3. ბიოფიზიკა ფიზიკის გაკვეთილებზე. სამუშაო გამოცდილებიდან. მ., „განმანათლებლობა“, 1984 წ.

დიფუზია(ლათინურიდან diffusio - გავრცელება, გავრცელება, გაფანტვა) - არათანაბარი პროცესი, რომელიც გამოწვეულია მოლეკულური თერმული მოძრაობით და იწვევს კონცენტრაციების წონასწორული განაწილების დამყარებას ფაზებში. დ.-ის შედეგად ხდება ქიმიური გასწორება. ნარევი კომპონენტების პოტენციალი. ერთფაზიან სისტემაში DC-ით. ტემპ-რე და გარე არარსებობა. D. ძალები ათანაბრდება ფაზის თითოეული კომპონენტის კონცენტრაციას მთელი სისტემის მოცულობაში. თუ temp-pa არ არის მუდმივი ან სისტემაზე გავლენას ახდენს გარე. ძალები, შემდეგ D.-ის შედეგად, დადგენილია თითოეული კომპონენტის კონცენტრაციების სივრცით არაჰომოგენური წონასწორული განაწილება (იხ. თერმული დიფუზია, ელექტროდიფუზია).

(ფიკის მე-2 კანონი). მეთიუ. თეორია ur-tion D. ემთხვევა თეორიას სითბოს გამტარობის განტოლება.

ნარევისთვის თითოეული კომპონენტის კომპონენტების დიფუზიის ნაკადი j iშეუქცევადი პროცესების თერმოდინამიკის მიხედვით, განისაზღვრება ქიმიური ნივთიერების გრადიენტებით. ყველა პოტენციალი პნარევი კომპონენტები:

სადაც მოსწონს- კინეტიკური კოეფიციენტი Onsager, რომლებსაც აქვთ ტენსორული ხასიათი და პროპორციული კოეფიციენტები. დ. ნარევის კომპონენტები (ინდექსი ნიშნავს, რომ დ. მე-ე კომპონენტი შედარებით კე). ქიმიური გრადიენტები. პოტენციალი აღებულია ფიქსირებული. ტემპ-რე თ. გამოხატულება (4) არის ონსაგერის წრფივი მიმართებების განსაკუთრებული შემთხვევა თერმოდინამიკას შორის. დ-ის ძალებით. და დიფუზია მიედინება. ონსაგერის პრინციპის მიხედვით (იხ. ონსაგერის თეორემა), მაგნიტის არარსებობის შემთხვევაში. ველები .

გრადიენტებს შორის ქიმ. მხოლოდ პოტენციალი ნ- 1 დამოუკიდებელი, ისინი შეიძლება გამოიხატოს კონცენტრაციის გრადიენტების გამოყენებით გიბსი - დუჰემის განტოლებებიდა წარმოადგენენ დიფუზიის ნაკადს ფორმაში

სადაც დიკ- ტენსორის კოეფიციენტი. D. მისი დიაგონალური ელემენტები განსაზღვრავენ D.-ის პირდაპირ პროცესებს, ხოლო off-დიაგონალური ელემენტები განსაზღვრავენ ჯვარედინი დიფუზიის პროცესებს. Onsager ურთიერთობები დიკუფრო რთულია ვიდრე ამისთვის მოსწონს. ორობითი ნარევისთვის, კოეფიციენტი დ 11 ასოცირდება კოეფიციენტთან. ონსაგერი ლ 11 თანაფარდობა

დ-ის პროცესში ხდება ენტროპიის მატება და ენტროპიის წარმოებადროის ერთეულზე არის:

თუ კომპონენტების ნარევზე გავლენას ახდენს ext. ძალა ფკ(მაგალითად, გრავიტაციული და ინერციული), მაშინ მნიშვნელოვნად იცვლება ფენომენი დ. იმის გამო, რომ წნევის გრადიენტი დამოკიდებულია გარეგანზე ძალები ფკ, შემდეგ თერმოდინამიკა ძალები არ არის მხოლოდ ქიმიური გრადიენტები. პოტენციალი, არამედ ცენტრიდანული ძალა და გრავიტაციული ძალა და ხდება ბაროდიფუზია. ამავე დროს, თერმოდინამიკა წონასწორობა შეესაბამება კონცენტრაციების სტაციონარულ არაჰომოგენურ განაწილებას. D. პროცესი მიდრეკილია ამ განაწილების დასამკვიდრებლად. ეს პროცესი საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ მოლეკულური წონა დალექვაცენტრიფუგა ველში ულტრაცენტრიფუგაში.

დიფუზია მყარ სხეულებში. D. პროცესი მყარ სხეულებში შეიძლება განხორციელდეს რამდენიმე. მექანიზმები: ატომების ადგილების კრისტალური გაცვლა. სტრუქტურები მასთან ერთად ვაკანსიებიატომების მოძრაობა შუალედებში (იხ ინტერსტიციული ატომი), რამდენიმეს ერთდროული ციკლური მოძრაობა. ატომები, ორი მეზობელი ატომის ადგილების გაცვლა. შემცვლელი მყარი ხსნარების ფორმირებისას ჭარბობს ატომებისა და ვაკანსიების პოზიციების გაცვლა.

კოფ. D. მყარ სხეულებში ძალიან არის დამოკიდებული სტრუქტურულ დეფექტებზე, მათი რიცხვის მატებასთან ერთად იზრდება. D. მყარ სხეულებში ხასიათდება ექსპონენციალური. ტემპერატურაზე დამოკიდებულება სითხეებზე მეტი აქტივაციის ენერგიით. კოფ. თუთიის სპილენძისთვის D. იზრდება 10-14-ჯერ ტემპერატურის მატებით 30 o C-დან 300 o C-მდე.

მიკროსკოპული ატომური დისლოკაციის თეორია, რომელიც დაფუძნებულია ვაკანსიებზე გადახტომის მექანიზმზე, შეიმუშავა Ya.I. Frenkel-მა. ჩანაცვლება ბროლის ატომით. ვაკანსიის სტრუქტურა დაკავშირებულია პოტენციალის მეშვეობით მისი გადასვლის შესაძლებლობასთან. ბარიერი. ვარაუდობენ, რომ ატომის ვაკანსიაზე გადასვლის შემდეგ, მეზობელ ატომებთან ძლიერი ურთიერთქმედების გამო, მას აქვს დრო, დათმოს ენერგიის ნაწილი, სანამ დაუბრუნდება საწყის ადგილს. მოცემული ატომის ბინადრობის დრო ვაკანსიის მიმდებარე ადგილას არის

სადაც არის კრისტალიზებული ატომების პერიოდის რიგის დრო. აკუსტიკური სიხშირის შესაბამისი სტრუქტურები. სპექტრი (~10 -13 წმ). შემდეგ კოეფიციენტი თვითდიფუზიას ექნება ფორმა

სადაც - აქტივაციის ენერგია, ა- გისოსის მუდმივი, Uარის ვაკანსიის ფორმირების ენერგია. განსხვავებისთვის. ბადეები ვძალიან არ განსხვავდება (მაგალითად, ტყვიისთვის ვ 26 კკალ/გ*ატომი, სპილენძისთვის ვ 60 კკალ / გ * ატომი), და ადა f-le (12)-ში შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს. კოფ. მყარ სხეულებში D. ასევე შეიძლება შეფასდეს რეაქციის სიჩქარის აირინგის თეორიის გამოყენებით, რაც ასევე იწვევს ექსპონენციას. დამოკიდებულია ტემპერატურზე აქტივაციის ენერგიით. მსგავსი თეორია შემუშავდა D.-სთვის უწესრიგო შემცვლელ შენადნობებში, რამაც შესაძლებელი გახადა გაეთვალისწინებინა ინტერსტიციული ატომების გავლენა ლითონის თვითდიფუზიაზე, როდესაც D. აღარ არის აღწერილი ერთი მაჩვენებლით, ვინაიდან უბნებზე ერთად decomp. ატომების კონფიგურაცია უნდა დაიძლიოს diff. ძლიერი. ბარიერები. იმ შემთხვევაში, როდესაც დ.გადის გაცვლის ვაკანსიებთან ან იმავდროულად. მოძრაობა დახურულ მარყუჟში და კოეფიციენტი. D. კომპონენტი D1და D2განსხვავებული, არსებობს მატერიის შედეგად მიღებული ნაკადი მატერიის მიმართულებით დიდი ნაწილობრივი კოეფიციენტით. დ., პროპორციული (კირკენდალის ეფექტი).

ნეიტრონების გადაცემის ფენომენი კონდენსატორებში. გარემო, რომელსაც თან ახლავს მრავალჯერადი გაფანტვა, აღწერს კინეტიკას. განტოლება, რომელიც, ზოგადად რომ ვთქვათ, არ მცირდება D.-ის განტოლებამდე, თუმცა, დიფუზიის მიახლოება ხშირად სასარგებლოა განხილვისას ნეიტრონის დიფუზია.

კონდენსატორებში ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე. შესაძლებელია გარემო კვანტური დიფუზიაატომები, რომელიც განისაზღვრება ატომების კვანტური ქვებარიერის გვირაბის მოძრაობით, კლასიკურისგან განსხვავებით. დ., რომელიც განისაზღვრება ატომების ზემოთ ბარიერული გადასვლებით. არსებები. განსხვავება კვანტურ D.-ს შორის არის ის, რომ კოეფიციენტი. კვანტური D. განსხვავდება ნულისაგან, როდესაც ტემპერატურა ნულისკენ მიისწრაფვის, მისი მნიშვნელობა ბევრია. კოეფიციენტზე მეტი შეკვეთა. კლასიკური დ. იმავე ტემპერატურაზე.

სხვა სახის დიფუზია. დიფუზიური პროცესები ასევე მოიცავს გარკვეულ მოვლენებს, რომლებიც არ არის დაკავშირებული ნაწილაკების გადაცემასთან. ასე რომ, ოპტიკაში გამოსხივება ხდება არაჰომოგენურ გარემოში ფოტონების ემისიის და შთანთქმის მრავალი პროცესის დროს, ჭრილობა ე.წ. რადიაციის დიფუზიათუმცა, ეს ფენომენი მნიშვნელოვნად განსხვავდება D. ნაწილაკებისგან, ვინაიდან ფოტონის ნაკადის სიმკვრივის ბალანსის განტოლება აღწერილია ინტეგრალით. ურ-ციით, ჭრილი არ არის შემცირებული დიფერენციალურამდე. ur-tion D. სპინ სისტემებში მაგნ. ველის ნიველირების პროცესი შესაძლებელია იხ. მაგნი. მომენტი სივრცეში სპინ-სპინის ურთიერთქმედების გავლენის ქვეშ - სპინის დიფუზია.

ლიტ.: 1) Groot S. de, Mazur P., Non-equilibrium, trans. ინგლისურიდან, მ., 1964, ჩ. თერთმეტი; 2) Haase R., შეუქცევადი პროცესების თერმოდინამიკა, ტრანს. გერმანულიდან, მ., 1967 წ. 4; 3) Chapman S., Cowling T., Mathematical theory of inhomogeneous gases, trans. ინგლისურიდან, მ., 1960, ჩ. 10, 14; 4) Ferziger J., Kaper G., მათემატიკური თეორია სატრანსპორტო პროცესების გაზებში, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1976; 5) Ya. I. Frenkel, სითხეების კინეტიკური თეორია. ლ., 1975; 6) Girshfelder J., Curtiss Ch., Byrd R., Molecular theory of gass and liquids, trans. ინგლისურიდან, მ., 1961, ჩ. ცხრა; 7) გრეი პ., სატრანსპორტო ფენომენების კინეტიკური თეორია მარტივ სითხეებში, სტატიაში: მარტივი სითხეების ფიზიკა. სტატისტიკური თეორია, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1971; 8) სმირნოვი ა.ა., ლითონების მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია, მ., 1966 წ. რვა; ს) Andreev A. F., Lifshitz I. M., Quantum theory of defects in crystals, ZhETF, 1969, v. 56, გვ. 2057 წელი; 10) Kagan Yu., Klinger M. I., Theory of quantum diffusion of Atoms in crystals, "J. Phys. C", 1974, ვ. 7, გვ. 2791; 11) Lifshits E. M., Pitaevsky L. P., Physical kinetics, M., 1979, p11, 12; 12) Landau L. D., Lifshitz E. M., Hydrodynamics, 3rd ed., M., 1986, p 59.

დ.პ.ზუბარევი.

ფიზიკის მრავალრიცხოვან ფენომენებს შორის დიფუზიის პროცესი ერთ-ერთი ყველაზე მარტივი და გასაგებია. ყოველივე ამის შემდეგ, ყოველ დილით, როდესაც თავად ამზადებს სურნელოვან ჩაის ან ყავას, ადამიანს აქვს შესაძლებლობა პრაქტიკაში დააკვირდეს ამ რეაქციას. მოდით გავიგოთ მეტი ამ პროცესისა და აგრეგაციის სხვადასხვა მდგომარეობებში მისი წარმოქმნის პირობებზე.

რა არის დიფუზია

ეს სიტყვა აღნიშნავს ერთი ნივთიერების მოლეკულების ან ატომების შეღწევას მეორის მსგავს სტრუქტურულ ერთეულებს შორის. ამ შემთხვევაში, შეღწევადი ნაერთების კონცენტრაცია თანაბარდება.

ეს პროცესი პირველად დეტალურად აღწერა გერმანელმა მეცნიერმა ადოლფ ფიკმა 1855 წელს.

ამ ტერმინის სახელწოდება მომდინარეობს ლათინური სიტყვიდან diffusio (ურთიერთქმედება, დისპერსია, განაწილება).

დიფუზია სითხეში

განხილული პროცესი შეიძლება მოხდეს ნივთიერებებთან აგრეგაციის სამივე მდგომარეობაში: აირისებრი, თხევადი და მყარი. ამის პრაქტიკული მაგალითების საპოვნელად, უბრალოდ შეხედეთ სამზარეულოს.

ღუმელში მოხარშული ბორში ერთ-ერთი მათგანია. ტემპერატურის გავლენის ქვეშ გლუკოზინ ბეტანინის მოლეკულები (ნივთიერება, რომლის გამოც ჭარხალს აქვს ასეთი მდიდარი ალისფერი ფერი) თანაბრად რეაგირებს წყლის მოლეკულებთან, რაც მას უნიკალურ შინდისფერ შეფერილობას აძლევს. ეს შემთხვევა სითხეებშია.

ბორშის გარდა, ეს პროცესი შეიძლება ნახოთ ჭიქა ჩაის ან ყავაშიც. ორივე ამ სასმელს აქვს ასეთი ერთგვაროვანი მდიდარი ელფერი იმის გამო, რომ ჩაის ფოთლები ან ყავის ნაწილაკები, წყალში იხსნება, თანაბრად ნაწილდება მის მოლეკულებს შორის, აფერადებს მას. ოთხმოცდაათიანი წლების ყველა პოპულარული ხსნადი სასმელის მოქმედება აგებულია იმავე პრინციპზე: Yupi, Invite, Zuko.

აირების ურთიერთშეღწევა

სუნის მატარებელი ატომები და მოლეკულები აქტიურ მოძრაობაში არიან და, შედეგად, შერეულნი არიან უკვე ჰაერში არსებულ ნაწილაკებთან და საკმაოდ თანაბრად ნაწილდებიან ოთახის მოცულობაში.

ეს არის გაზებში დიფუზიის გამოვლინება. აღსანიშნავია, რომ განსახილველ პროცესს განეკუთვნება ჰაერის თვით ჩასუნთქვაც, ასევე სამზარეულოში ახლად მომზადებული ბორშის მადისაღმძვრელი სუნი.

დიფუზია მყარ სხეულებში

სამზარეულოს მაგიდა, რომელზეც ყვავილები დგას, დაფარულია ღია ყვითელი სუფრით. მან მიიღო მსგავსი ჩრდილი მყარი სხეულებში დიფუზიის უნარის გამო.

ტილოს ერთგვაროვანი ჩრდილის მინიჭების პროცესი რამდენიმე ეტაპად მიმდინარეობს შემდეგნაირად.

1. ყვითელი პიგმენტის ნაწილაკები გაფანტულია საღებავის ავზში ბოჭკოვანი მასალისაკენ.
2. შემდეგ ისინი შეიწოვება შეღებილი ქსოვილის გარე ზედაპირით.
3. შემდეგი ნაბიჯი კვლავ იყო საღებავის დიფუზია, მაგრამ ამჯერად ტილოს ბოჭკოებში.
4. საბოლოო ჯამში, ქსოვილმა დააფიქსირა პიგმენტის ნაწილაკები, რითაც გახდა ფერადი.

აირების დიფუზია მეტალებში

ჩვეულებრივ, ამ პროცესზე საუბრისას, განიხილება ნივთიერებების ურთიერთქმედება იმავე აგრეგატულ მდგომარეობებში. მაგალითად, დიფუზია მყარ, მყარ სხეულებში. ამ ფენომენის დასამტკიცებლად ტარდება ექსპერიმენტი ერთმანეთის წინააღმდეგ დაჭერილი ორი ლითონის ფირფიტით (ოქრო და ტყვია). მათი მოლეკულების ურთიერთშეღწევას საკმაოდ დიდი დრო სჭირდება (ხუთ წელიწადში ერთი მილიმეტრი). ეს პროცესი გამოიყენება უჩვეულო სამკაულების დასამზადებლად.

თუმცა, ნაერთებს სხვადასხვა აგრეგატულ მდგომარეობებში ასევე შეუძლიათ დიფუზირება. მაგალითად, არსებობს გაზების დიფუზია მყარ სხეულებში.

ექსპერიმენტების დროს დადასტურდა, რომ მსგავსი პროცესი ხდება ატომურ მდგომარეობაში. მის გასააქტიურებლად, როგორც წესი, საჭიროა ტემპერატურისა და წნევის მნიშვნელოვანი მატება.

მყარი სხეულებში ასეთი აირის დიფუზიის მაგალითია წყალბადის კოროზია. იგი ვლინდება სიტუაციებში, როდესაც წყალბადის ატომები (H 2), რომლებიც წარმოიქმნება ზოგიერთი ქიმიური რეაქციის დროს მაღალი ტემპერატურის გავლენის ქვეშ (200-დან 650 გრადუსამდე ცელსიუსამდე) შეაღწევს ლითონის სტრუქტურულ ნაწილაკებს შორის.

წყალბადის გარდა, ჟანგბადის და სხვა აირების დიფუზია ასევე შეიძლება მოხდეს მყარ სხეულებში. ეს პროცესი, თვალისთვის შეუმჩნეველი, დიდ ზიანს მოაქვს, რადგან ლითონის კონსტრუქციები შეიძლება ჩამოინგრეს ამის გამო.

სითხეების დიფუზია ლითონებში

თუმცა, არა მხოლოდ აირის მოლეკულებს შეუძლიათ შეაღწიონ მყარ სხეულებში, არამედ სითხეებშიც. როგორც წყალბადის შემთხვევაში, ყველაზე ხშირად ეს პროცესი იწვევს კოროზიას (თუ ლითონებზეა საუბარი).

მყარ სხეულებში თხევადი დიფუზიის კლასიკური მაგალითია ლითონების კოროზია წყლის (H 2 O) ან ელექტროლიტური ხსნარების გავლენის ქვეშ. უმეტესობისთვის ეს პროცესი უფრო ნაცნობია ჟანგის სახელწოდებით. წყალბადის კოროზიისგან განსხვავებით, პრაქტიკაში მას უფრო ხშირად უნდა შეხვდეთ.

დიფუზიის აჩქარების პირობები. დიფუზიის კოეფიციენტი

იმ ნივთიერებებთან დაკავშირებით, რომლებშიც შეიძლება მოხდეს განხილული პროცესი, ღირს გაეცნოთ მისი წარმოშობის პირობებს.

უპირველეს ყოვლისა, დიფუზიის სიჩქარე დამოკიდებულია ურთიერთმოქმედი ნივთიერებების აგრეგაციის მდგომარეობაზე. რაც უფრო მეტია რეაქცია, მით უფრო ნელია მისი სიჩქარე.

ამასთან დაკავშირებით, სითხეებსა და აირებში დიფუზია ყოველთვის უფრო აქტიური იქნება, ვიდრე მყარ სხეულებში.

მაგალითად, თუ კალიუმის პერმანგანატის KMnO 4 (კალიუმის პერმანგანატი) კრისტალებს წყალში ჩაყრიან, რამდენიმე წუთში მას მშვენიერ ჟოლოსფერ ფერს მისცემს. თუმცა, თუ ყინულის ნაჭერს KMnO 4 კრისტალებს მოაყრით და ყველაფერს საყინულეში მოათავსებთ, რამდენიმე საათის შემდეგ კალიუმის პერმანგანატი სრულად ვერ გააფერადებს გაყინულ H 2 O-ს.

წინა მაგალითიდან კიდევ ერთი დასკვნის გაკეთება შეიძლება დიფუზიის პირობების შესახებ. აგრეგაციის მდგომარეობის გარდა, ნაწილაკების ურთიერთშეღწევის სიჩქარეზე გავლენას ახდენს ტემპერატურაც.

განსახილველი პროცესის მასზე დამოკიდებულების გასათვალისწინებლად, ღირს ისეთი კონცეფციის გაცნობა, როგორიცაა დიფუზიის კოეფიციენტი. ასე ჰქვია მისი სიჩქარის რაოდენობრივ მახასიათებელს.

უმეტეს ფორმულებში იგი აღინიშნება დიდი ლათინური ასო D-ს გამოყენებით და SI სისტემაში ის იზომება კვადრატულ მეტრებში წამში (მ²/წმ), ზოგჯერ სანტიმეტრებში წამში (სმ 2/მ).

დიფუზიის კოეფიციენტი უდრის ნივთიერების რაოდენობას, რომელიც მიმოფანტულია ერთეულ ზედაპირზე დროის ერთეულზე, იმ პირობით, რომ სიმკვრივეების სხვაობა ორივე ზედაპირზე (მდებარეობს ერთეული სიგრძის ტოლ მანძილზე) ერთის ტოლია. კრიტერიუმები, რომლებიც განსაზღვრავს D-ს, არის ნივთიერების თვისებები, რომელშიც მიმდინარეობს თავად ნაწილაკების გაფანტვის პროცესი და მათი ტიპი.

კოეფიციენტის დამოკიდებულება ტემპერატურაზე შეიძლება აღწერილი იყოს არენიუსის განტოლების გამოყენებით: D = D 0exp (-E/TR).

განხილულ ფორმულაში E არის მინიმალური ენერგია, რომელიც საჭიროა პროცესის გასააქტიურებლად; T - ტემპერატურა (იზომება კელვინში და არა ცელსიუსში); R არის იდეალური აირის მახასიათებელი გაზის მუდმივი.

ყოველივე ზემოთქმულის გარდა, მყარ სხეულებში, აირებში სითხეებში დიფუზიის სიჩქარეზე გავლენას ახდენს წნევა და რადიაცია (ინდუქციური ან მაღალი სიხშირის). გარდა ამისა, ბევრი რამ არის დამოკიდებული კატალიზური ნივთიერების არსებობაზე; ხშირად სწორედ ის მოქმედებს როგორც გამომწვევი ნაწილაკების აქტიური დისპერსიის დასაწყებად.

დიფუზიის განტოლება

ეს ფენომენი არის დიფერენციალური განტოლების განსაკუთრებული ფორმა ნაწილობრივი წარმოებულებით.

მისი მიზანია ნივთიერების კონცენტრაციის დამოკიდებულების პოვნა სივრცის ზომასა და კოორდინატებზე (რომელშიც ის დიფუზირდება), ასევე დროზე. ამ შემთხვევაში მოცემული კოეფიციენტი ახასიათებს რეაქციისთვის გარემოს გამტარიანობას.

ყველაზე ხშირად დიფუზიის განტოლება იწერება შემდეგნაირად: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x .

მასში φ (t და r) არის გაფანტული მასალის სიმკვრივე r წერტილში t დროს. D (φ, r) არის განზოგადებული დიფუზიის კოეფიციენტი φ სიმკვრივეზე r წერტილში.

∇ არის ვექტორული დიფერენციალური ოპერატორი, რომლის კოორდინატთა კომპონენტები ნაწილობრივი წარმოებულებია.

როდესაც დიფუზიის კოეფიციენტი სიმკვრივეზეა დამოკიდებული, განტოლება არაწრფივია. როდესაც არა - ხაზოვანი.

განიხილება დიფუზიის განმარტება და ამ პროცესის თავისებურებები სხვადასხვა მედიაში, შეიძლება აღინიშნოს, რომ მას აქვს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი მხარეები.

ფიზიკის კურსში სასკოლო სასწავლო გეგმაში (დაახლოებით მეშვიდე კლასში) მოსწავლეები სწავლობენ, რომ დიფუზია არის პროცესი, რომელიც არის ერთი ნივთიერების ნაწილაკების ურთიერთშეღწევა მეორე ნივთიერების ნაწილაკებს შორის, რის შედეგადაც კონცენტრაციები გათანაბრდება მთელ ოკუპირებული მოცულობა. ეს საკმაოდ რთული გასაგები განმარტებაა. იმის გასაგებად, თუ რა არის მარტივი დიფუზია, დიფუზიის კანონი, მისი განტოლება, აუცილებელია ამ საკითხებზე მასალების დეტალური შესწავლა. თუმცა, თუ ზოგადი იდეა საკმარისია ადამიანისთვის, მაშინ ქვემოთ მოცემული მონაცემები დაგეხმარებათ ელემენტარული ცოდნის მიღებაში.

ფიზიკური ფენომენი - რა არის ეს

იმის გამო, რომ ბევრმა აბნევს ან საერთოდ არ იცის რა არის ფიზიკური ფენომენი და რით განსხვავდება იგი ქიმიურისგან, ასევე რა სახის ფენომენს მიეკუთვნება დიფუზია, აუცილებელია გავიგოთ რა არის ფიზიკური ფენომენი. ასე რომ, როგორც ყველამ იცის, ფიზიკა არის დამოუკიდებელი მეცნიერება, რომელიც მიეკუთვნება ბუნებისმეტყველების დარგს, რომელიც სწავლობს ზოგად ბუნებრივ კანონებს მატერიის სტრუქტურისა და მოძრაობის შესახებ, ასევე სწავლობს თავად მატერიას. შესაბამისად, ფიზიკური ფენომენი არის ისეთი ფენომენი, რომლის შედეგადაც არ წარმოიქმნება ახალი ნივთიერებები, არამედ ხდება მხოლოდ ნივთიერების სტრუქტურის ცვლილება. განსხვავება ფიზიკურ ფენომენსა და ქიმიურს შორის მდგომარეობს ზუსტად იმაში, რომ შედეგად ახალი ნივთიერებები არ მიიღება. ამრიგად, დიფუზია არის ფიზიკური ფენომენი.

ტერმინის დიფუზიის განმარტება

მოგეხსენებათ, კონცეფციის მრავალი ფორმულირება შეიძლება იყოს, მაგრამ ზოგადი მნიშვნელობა არ უნდა შეიცვალოს. და დიფუზია არ არის გამონაკლისი. განზოგადებული განმარტება ასეთია: დიფუზია არის ფიზიკური ფენომენი, რომელიც არის ორი ან მეტი ნივთიერების ნაწილაკების (მოლეკულების, ატომების) ურთიერთშეღწევა ერთგვაროვან განაწილებამდე ამ ნივთიერებების მიერ დაკავებულ მთელ მოცულობაზე. დიფუზიის შედეგად არ წარმოიქმნება ახალი ნივთიერებები, შესაბამისად ეს არის ზუსტად ფიზიკური ფენომენი. მარტივ დიფუზიას ეწოდება დიფუზია, რის შედეგადაც ნაწილაკები გადადიან უმაღლესი კონცენტრაციის რეგიონიდან ქვედა კონცენტრაციის რეგიონში, რაც განპირობებულია ნაწილაკების თერმული (ქაოტური, ბრაუნიანი) მოძრაობით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, დიფუზია არის სხვადასხვა ნივთიერების ნაწილაკების შერევის პროცესი და ნაწილაკები თანაბრად ნაწილდება მთელ მოცულობაში. ეს არის ძალიან გამარტივებული განმარტება, მაგრამ ყველაზე გასაგები.

დიფუზიის სახეები

დიფუზია შეიძლება დაფიქსირდეს როგორც აირისებრი და თხევადი, ასევე მყარი ნივთიერებების დაკვირვებისას. აქედან გამომდინარე, იგი მოიცავს რამდენიმე ტიპს:

• კვანტური დიფუზია არის ნაწილაკების ან წერტილოვანი დეფექტების დიფუზიის პროცესი (ნივთიერების კრისტალური გისოსების ლოკალური დარღვევები), რომელიც ხორციელდება მყარ სხეულებში. ლოკალური დარღვევები არის დარღვევა კრისტალური მედის გარკვეულ წერტილში.

• კოლოიდური - დიფუზია ხდება კოლოიდური სისტემის მთელ მოცულობაში. კოლოიდური სისტემა არის გარემო, რომელშიც განაწილებულია ნაწილაკები, ბუშტები, სხვა საშუალების წვეთები, რომლებიც განსხვავდება პირველისგან საერთო მდგომარეობითა და შემადგენლობით. ასეთი სისტემები, ისევე როგორც მათში მიმდინარე პროცესები, დეტალურად არის შესწავლილი კოლოიდური ქიმიის კურსში.
• კონვექციური - ერთი ნივთიერების მიკრონაწილაკების გადატანა გარემოს მაკრონაწილაკებით. ფიზიკის სპეციალური ფილიალი, სახელწოდებით ჰიდროდინამიკა, ეხება უწყვეტი მედიის მოძრაობის შესწავლას. იქიდან შეგიძლიათ მიიღოთ ცოდნა ნაკადის მდგომარეობის შესახებ.
• ტურბულენტური დიფუზია არის ერთი ნივთიერების მეორეში გადატანის პროცესი, მეორე ნივთიერების ტურბულენტური მოძრაობის გამო (არისა და სითხეებისთვის დამახასიათებელი).

განცხადება დადასტურებულია, რომ დიფუზია შეიძლება მოხდეს როგორც აირებში, ასევე სითხეებში და მყარ სხეულებში.

რა არის ფიკის კანონი?

გერმანელმა მეცნიერმა, ფიზიკოსმა ფიკმა გამოიტანა კანონი, რომელიც გვიჩვენებს ნაწილაკების ნაკადის სიმკვრივის დამოკიდებულებას ერთ ფართობზე ნივთიერების კონცენტრაციის ცვლილებაზე სიგრძის ერთეულზე. ეს კანონი არის დიფუზიის კანონი. კანონი შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: ნაწილაკების ნაკადი, რომელიც მიმართულია ღერძის გასწვრივ, პროპორციულია ნაწილაკების რაოდენობის წარმოებულის მიმართ იმ ღერძის გასწვრივ გამოსახული ცვლადის მიმართ, რომლის მიმართაც არის ნაწილაკების ნაკადის მიმართულება. განსაზღვრული. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ღერძის მიმართულებით მოძრავი ნაწილაკების ნაკადი პროპორციულია ნაწილაკების რაოდენობის წარმოებული ცვლადის მიმართ, რომელიც გამოსახულია იმავე ღერძის გასწვრივ, როგორც ნაკადი. ფიკის კანონი საშუალებას გაძლევთ აღწეროთ მატერიის გადაცემის პროცესი დროში და სივრცეში.

დიფუზიის განტოლება

როდესაც ნაკადები არის ნივთიერებაში, თავად ნივთიერება გადანაწილდება სივრცეში. ამასთან დაკავშირებით, არსებობს რამდენიმე განტოლება, რომელიც აღწერს ამ გადანაწილების პროცესს მაკროსკოპული თვალსაზრისით. დიფუზიის განტოლება დიფერენციალურია. ეს გამომდინარეობს მატერიის გადაცემის ზოგადი განტოლებიდან, რომელსაც ასევე უწოდებენ უწყვეტობის განტოლებას. დიფუზიის არსებობისას გამოიყენება ფიკის კანონი, რომელიც აღწერილია ზემოთ. განტოლებას აქვს შემდეგი ფორმა:

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

დიფუზიის მეთოდები

დიფუზიის მეთოდი, უფრო სწორად, მყარ მასალებში მისი განხორციელების მეთოდი, ბოლო წლებში ფართოდ გამოიყენება. ეს განპირობებულია მეთოდის უპირატესობებით, რომელთაგან ერთ-ერთია გამოყენებული აღჭურვილობის სიმარტივე და თავად პროცესი. მყარი წყაროებიდან დიფუზიის მეთოდის არსი არის ნახევარგამტარებზე ერთი ან მეტი ელემენტით დოპირებული ფილმების დეპონირება. არსებობს დიფუზიის განხორციელების რამდენიმე სხვა მეთოდი, გარდა მყარი წყაროს მეთოდისა:

• დახურულ მოცულობაში (ამპულის მეთოდი). მინიმალური ტოქსიკურობა მეთოდის უპირატესობაა, მაგრამ მისი მაღალი ღირებულება, ამპულის ერთჯერადი გამოყენების გამო, მნიშვნელოვანი ნაკლია;
• ღია მოცულობაში (თერმული დიფუზია). გამორიცხულია მაღალი ტემპერატურის გამო მრავალი ელემენტის გამოყენების შესაძლებლობა, ასევე გვერდითი დიფუზია ამ მეთოდის დიდი მინუსია;
• ნაწილობრივ დახურულ მოცულობაში (ყუთის მეთოდი). ეს არის შუალედური მეთოდი ზემოთ აღწერილი ორს შორის.

დიფუზიის მეთოდებსა და თავისებურებებზე მეტის გასაგებად, საჭიროა შეისწავლოთ დამატებითი ლიტერატურა, რომელიც სპეციალურად ამ საკითხებს მიეძღვნა.

აბსოლუტურად ყველა ადამიანს სმენია ისეთი კონცეფციის შესახებ, როგორიცაა დიფუზია. ეს იყო მე-7 კლასის ფიზიკის გაკვეთილების ერთ-ერთი თემა. იმისდა მიუხედავად, რომ ეს ფენომენი ჩვენს გარშემო აბსოლუტურად ყველგანაა, ცოტამ თუ იცის ამის შესახებ. მაინც რას ნიშნავს? რა არის მისი ფიზიკური მნიშვნელობადა როგორ შეგიძლიათ გაამარტივოთ ცხოვრება ამით? დღეს ჩვენ ვისაუბრებთ ამაზე.

კონტაქტში

დიფუზია ფიზიკაში: განმარტება

ეს არის ერთი ნივთიერების მოლეკულების შეღწევის პროცესი მეორე ნივთიერების მოლეკულებს შორის. მარტივი სიტყვებით, ამ პროცესს შეიძლება ეწოდოს შერევა. ამ დროს შერევა ხდება ნივთიერების მოლეკულების ურთიერთშეღწევა ერთმანეთთან. მაგალითად, ყავის მომზადებისას, მყისიერი ყავის მოლეკულები აღწევენ წყლის მოლეკულებში და პირიქით.

ამ ფიზიკური პროცესის სიჩქარე დამოკიდებულია შემდეგ ფაქტორებზე:

1. ტემპერატურა.
2. ნივთიერების მთლიანი მდგომარეობა.
3. გარეგანი გავლენა.

რაც უფრო მაღალია ნივთიერების ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფად მოძრაობენ მოლეკულები. აქედან გამომდინარე, შერევის პროცესიუფრო სწრაფად ხდება მაღალ ტემპერატურაზე.

ნივთიერების მთლიანი მდგომარეობა - ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი. აგრეგაციის თითოეულ მდგომარეობაში მოლეკულები მოძრაობენ გარკვეული სიჩქარით.

დიფუზია შეიძლება გაგრძელდეს აგრეგაციის შემდეგ მდგომარეობებში:

1. თხევადი.
2. Მყარი.

სავარაუდოდ, ახლა მკითხველს ექნება შემდეგი კითხვები:

1. რა არის დიფუზიის მიზეზები?
2. სად მიედინება უფრო სწრაფად?
3. როგორ გამოიყენება რეალურ ცხოვრებაში?

მათზე პასუხები შეგიძლიათ იხილოთ ქვემოთ.

Მიზეზები

ამ სამყაროში აბსოლუტურად ყველაფერს აქვს თავისი მიზეზი. და დიფუზია არ არის გამონაკლისი. ფიზიკოსებმა კარგად იციან მისი წარმოშობის მიზეზები. და როგორ უნდა მივცეთ ისინი ჩვეულებრივ ადამიანს?

რა თქმა უნდა, ყველას სმენია, რომ მოლეკულები მუდმივ მოძრაობაში არიან. უფრო მეტიც, ეს მოძრაობა უწესრიგო და ქაოტურია და მისი სიჩქარე ძალიან მაღალია. ამ მოძრაობისა და მოლეკულების მუდმივი შეჯახების წყალობით ხდება მათი ურთიერთშეღწევა.

არსებობს რაიმე მტკიცებულება ამ მოძრაობის შესახებ? Რა თქმა უნდა! გახსოვთ, რამდენად სწრაფად დაიწყეთ სუნამოს ან დეოდორანტის სუნი? და იმ საკვების სუნი, რომელსაც დედაშენი ამზადებს სამზარეულოში? დაიმახსოვრე რა სწრაფად ჩაის ან ყავის მომზადება. ეს ყველაფერი არ შეიძლებოდა ყოფილიყო, რომ არა მოლეკულების მოძრაობა. ჩვენ ვასკვნით, რომ დიფუზიის მთავარი მიზეზი არის მოლეკულების მუდმივი მოძრაობა.

ახლა მხოლოდ ერთი კითხვა რჩება - რა არის ამ მოძრაობის მიზეზი? მას წონასწორობის სურვილი ამოძრავებს. ანუ ნივთიერებაში არის უბნები ამ ნაწილაკების მაღალი და დაბალი კონცენტრაციით. და ამ სურვილის გამო, ისინი მუდმივად გადადიან მაღალი კონცენტრაციის ზონიდან დაბალ კონცენტრაციამდე. ისინი მუდმივად არიან ერთმანეთს ეჯახება, და ხდება ურთიერთშეღწევა.

დიფუზია გაზებში

აირებში ნაწილაკების შერევის პროცესი ყველაზე სწრაფია. ის შეიძლება მოხდეს როგორც ერთგვაროვან გაზებს შორის, ასევე სხვადასხვა კონცენტრაციის გაზებს შორის.

ნათელი მაგალითები ცხოვრებიდან:

1. ჰაერის გამაგრილებელი სუნი გადის დიფუზიის გზით.
2. მოხარშული საჭმლის სუნი გეუფლებათ. გაითვალისწინეთ, რომ თქვენ დაუყოვნებლივ იწყებთ ამის შეგრძნებას, ხოლო გამაგრილებელი სუნი რამდენიმე წამის შემდეგ. ეს გამოწვეულია იმით, რომ მაღალ ტემპერატურაზე მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარე უფრო დიდია.
3. ცრემლები, რომლებიც წარმოიქმნება ხახვის მოჭრისას. ხახვის მოლეკულები ერევა ჰაერის მოლეკულებს და თქვენი თვალები ამაზე რეაგირებს.

როგორ ხდება დიფუზია სითხეებში?

სითხეებში დიფუზია უფრო ნელა მიმდინარეობს. ის შეიძლება გაგრძელდეს რამდენიმე წუთიდან რამდენიმე საათამდე.

ყველაზე ნათელი მაგალითები ცხოვრებიდან:

1. ჩაის ან ყავის მომზადება.
2. წყლისა და კალიუმის პერმანგანატის შერევა.
3. მარილის ან სოდის ხსნარის მომზადება.

ამ შემთხვევებში დიფუზია ძალიან სწრაფად მიმდინარეობს (10 წუთამდე). თუმცა, თუ პროცესზე გარე ზემოქმედება იქნება გამოყენებული, მაგალითად, ამ ხსნარების კოვზით მორევა, მაშინ პროცესი გაცილებით სწრაფად წავა და არაუმეტეს ერთი წუთისა დასჭირდება.

სქელი სითხეების შერევისას დიფუზია გაცილებით მეტ დროს მიიღებს. მაგალითად, ორი თხევადი ლითონის შერევას შეიძლება რამდენიმე საათი დასჭირდეს. რა თქმა უნდა, ამის გაკეთება შეგიძლიათ რამდენიმე წუთში, მაგრამ ამ შემთხვევაში გამოვა უხარისხო შენადნობი.

მაგალითად, მაიონეზისა და არაჟნის შერევისას დიფუზიას ძალიან დიდი დრო დასჭირდება. თუმცა, თუ თქვენ მიმართავთ გარე გავლენის დახმარებას, მაშინ ამ პროცესს ერთი წუთიც არ დასჭირდება.

დიფუზია მყარ სხეულებში: მაგალითები

მყარ სხეულებში ნაწილაკების ურთიერთშეღწევა ძალიან ნელა მიმდინარეობს. ამ პროცესს შეიძლება რამდენიმე წელი დასჭირდეს. მისი ხანგრძლივობა დამოკიდებულია ნივთიერების შემადგენლობაზე და მისი კრისტალური მედის სტრუქტურაზე.

ექსპერიმენტები, რომლებიც ადასტურებენ, რომ მყარ სხეულებში დიფუზია არსებობს.

1. სხვადასხვა ლითონის ორი ფირფიტის დამაგრება. თუ ეს ორი ფირფიტა მჭიდროდ იქნება ერთმანეთთან და ზეწოლის ქვეშ, ხუთი წლის განმავლობაში მათ შორის იქნება ფენა, რომლის სიგანე იქნება 1 მილიმეტრი. ეს პატარა ფენა შეიცავს ორივე ლითონის მოლეკულებს. ეს ორი ფირფიტა გაერთიანდება.
2. ტყვიის თხელ ცილინდრზე ოქროს ძალიან თხელი ფენა გამოიყენება. ამის შემდეგ, ეს დიზაინი მოთავსებულია ღუმელში 10 დღის განმავლობაში. ღუმელში ჰაერის ტემპერატურა 200 გრადუსია. მას შემდეგ, რაც ეს ცილინდრი თხელ დისკებად დაჭრეს, ძალიან ნათლად ჩანდა, რომ ტყვია შეაღწია ოქროში და პირიქით.

მიმდებარე სამყაროში დიფუზიის მაგალითები

როგორც უკვე მიხვდით, რაც უფრო რთულია გარემო, მით უფრო დაბალია მოლეკულების შერევის სიჩქარე. ახლა მოდით ვისაუბროთ იმაზე, თუ სად შეგიძლიათ რეალურ ცხოვრებაში მიიღოთ პრაქტიკული სარგებელი ამ ფიზიკური ფენომენისგან.

დიფუზიის პროცესი ჩვენს ცხოვრებაში მუდმივად ხდება. მაშინაც კი, როცა საწოლზე ვიწექით, ჩვენი კანის ძალიან თხელი ფენა რჩება ფურცლის ზედაპირზე. ის ასევე შთანთქავს ოფლს. სწორედ ამის გამო ბინძურდება საწოლი და საჭიროებს შეცვლას.

ასე რომ, ამ პროცესის გამოვლინება ყოველდღიურ ცხოვრებაში შეიძლება იყოს შემდეგი:

1. პურზე კარაქის წასმისას მასში შეიწოვება.
2. კიტრის მწნილისას მარილი ჯერ წყალთან ერთად იშლება, რის შემდეგაც მარილიანი წყალი იწყებს კიტრის გაფანტვას. შედეგად ვიღებთ გემრიელ საჭმელს. ბანკები უნდა დაიშალოს. ეს აუცილებელია იმისათვის, რომ წყალი არ აორთქლდეს. უფრო ზუსტად, წყლის მოლეკულები არ უნდა იყოს დიფუზური ჰაერის მოლეკულებთან.
3. ჭურჭლის რეცხვისას წყლისა და სარეცხი ნივთიერების მოლეკულები შეაღწევს დარჩენილი საკვების მოლეკულებს. ეს ეხმარება მათ ჩამოიშორონ ფირფიტა და გახადონ ის უფრო სუფთა.

ბუნებაში დიფუზიის გამოვლინება:

1. განაყოფიერების პროცესი სწორედ ამ ფიზიკური ფენომენის გამო ხდება. კვერცხუჯრედისა და სპერმის მოლეკულები დიფუზირდება, რის შემდეგაც ემბრიონი ჩნდება.
2. ნიადაგის განაყოფიერება. გარკვეული ქიმიკატების ან კომპოსტის გამოყენებით ნიადაგი უფრო ნაყოფიერი ხდება. Რატომ ხდება ეს? დასკვნა ის არის, რომ სასუქის მოლეკულები ნიადაგის მოლეკულებთან დიფუზირდება. ამის შემდეგ ხდება დიფუზიის პროცესი ნიადაგის მოლეკულებსა და მცენარის ფესვებს შორის. ამის წყალობით სეზონი უფრო ნაყოფიერი იქნება.
3. სამრეწველო ნარჩენების ჰაერთან შერევა მას დიდად აბინძურებს. ამის გამო, კილომეტრის რადიუსში ჰაერი ძალიან ბინძურდება. მისი მოლეკულები მეზობელი ტერიტორიებიდან სუფთა ჰაერის მოლეკულებით დიფუზირდება. ასე უარესდება ეკოლოგიური მდგომარეობა ქალაქში.

ამ პროცესის გამოვლინება ინდუსტრიაში:

1. სილიკონიზაცია სილიკონით დიფუზიური გაჯერების პროცესია. იგი ხორციელდება აირისებრ ატმოსფეროში. ნაწილის სილიკონით გაჯერებულ ფენას აქვს არა ძალიან მაღალი სიმტკიცე, მაგრამ მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა და გაზრდილი აცვიათ წინააღმდეგობა ზღვის წყალში, აზოტის, მარილმჟავას და გოგირდის მჟავებში.
2. ლითონებში დიფუზია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს შენადნობების წარმოებაში. მაღალი ხარისხის შენადნობის მისაღებად აუცილებელია შენადნობების წარმოება მაღალ ტემპერატურაზე და გარე გავლენით. ეს მნიშვნელოვნად დააჩქარებს დიფუზიის პროცესს.

ეს პროცესები ხდება სხვადასხვა ინდუსტრიებში:

1. ელექტრონული.
2. ნახევარგამტარი.
3. ინჟინერია.

როგორც გესმით, დიფუზიის პროცესს შეიძლება ჰქონდეს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი გავლენა ჩვენს ცხოვრებაზე. თქვენ უნდა შეგეძლოთ თქვენი ცხოვრების მართვა და ამ ფიზიკური ფენომენის სარგებლობის მაქსიმალურად გამოყენება, ასევე ზიანის მინიმუმამდე შემცირება.

ახლა თქვენ იცით, რა არის ისეთი ფიზიკური ფენომენის არსი, როგორიცაა დიფუზია. იგი შედგება ნაწილაკების ურთიერთშეღწევაში მათი მოძრაობის გამო. ცხოვრებაში ყველაფერი მოძრაობს. თუ სტუდენტი ხარ, მაშინ ჩვენი სტატიის წაკითხვის შემდეგ აუცილებლად მიიღებ 5 შეფასებას. წარმატებებს გისურვებთ!