Дифузия - какво е това?

В учебния план на курса по физика (приблизително седми клас) учениците научават, че дифузията е процес, който представлява взаимното проникване на частици от едно вещество между частици от друго вещество, в резултат на което се изравняват концентрациите в целия обем. Това е доста трудно определение, за да се разбере. За да разберем каква е простата дифузия, законът на дифузията, неговото уравнение, е необходимо да се проучат подробно материалите по тези въпроси. Ако обаче човек има обща идея, данните по-долу ще ви помогнат да придобиете основни познания.

Физическо явление - какво е то

Поради факта, че много хора объркват или изобщо не знаят какво е физическо явление и как тя се различава от химическото, а също и какъв вид явления е дифузия, е необходимо да се разбере какво е физическото явление. Така, както всеки знае, физиката е независима наука, свързана с областта на естествените науки, която изучава общите природни закони за структурата и движението на материята, както и изучава самата материя. Съответно, едно физическо явление е такова явление, в резултат на което не се образуват нови вещества, а се извършва само промяна в структурата на веществото. Разликата между физическо явление и химическо явление се крие именно във факта, че в резултат на това не се получават нови вещества. Така дифузията е физическо явление.

Определение на термина дифузия

Както знаете, формулировката на понятието може да бъде много, но общото значение не трябва да се променя. И феноменът на дифузия не е изключение. Обобщената дефиниция има следната форма: дифузията е физическо явление, което е взаимното проникване на частици (молекули, атоми) на две или повече вещества до равномерно разпределение в обема, зает от тези вещества. В резултат на дифузия не се образуват нови вещества, следователно това е точно физическо явление. Простото се нарича дифузия, което води до движение на частици от областта на най-голяма концентрация до област с по-малка концентрация, която се причинява от термичното (хаотично, броуновско) движение на частиците. С други думи, дифузията е процес на смесване на частици от различни вещества и частиците са разпределени равномерно по целия обем. Това е много опростена дефиниция, но най-разбираема.

Видове дифузия

Дифузията може да бъде фиксирана както при спазване на газообразни и течни вещества, така и при твърди. Следователно тя включва няколко вида:

• Квантовата дифузия е процес на дифузия на частици или точкови дефекти (локални нарушения на кристалната решетка на вещество), който се извършва в твърди вещества. Локалното разрушаване е разрушаване в определена точка на кристалната решетка.

• Колоидна дифузия, която се среща в целия обем колоидна система. Колоидна система Това е среда, в която частици, мехурчета и капки са различни, различаващи се по състоянието на агрегация и състав от първата, средната. Такива системи, както и процесите, протичащи в тях, се изучават подробно в хода на колоидната химия.
• Конвективен - прехвърлянето на микрочастици от едно вещество чрез макрочастици на средата. специален част от физиката, наречена хидродинамика, се занимава с изучаването на движението на непрекъснатата среда. От там можете да научите за състоянията на потока.
• Турбулентната дифузия е процес на прехвърляне на едно вещество към друго, поради турбулентното движение на второто вещество (характерно за газове и течности).

Твърдението е потвърдено, че дифузията може да протече както в газове и течности, така и в твърди вещества.

Какъв е законът на Фика?

Немският учен, физик Фик, въвел закон, който показва зависимостта на плътността на потока от частици чрез едно място върху промяната в концентрацията на веществото на единица дължина. Този закон е законът на дифузията. Законът може да бъде формулиран по следния начин: потокът от частици, който е насочен по оста, е пропорционален на производното на броя на частиците в променлива, разположена по оста, по отношение на която се определя посоката на потока на частиците. С други думи, потокът от частици, движещ се в посока на оста, е пропорционален на производното на броя на частиците в променлива, която се отлага по същата ос като потока. Законът на Фик ви позволява да опишете процеса на прехвърляне на материята във времето и пространството.

Дифузионно уравнение

Когато в дадено вещество присъстват потоци, се случва преразпределение на самата субстанция в пространството. В тази връзка има няколко уравнения, които описват този процес на преразпределение от макроскопична гледна точка. Уравнението на дифузията е диференциално. Това следва от общото уравнение на транспорта на веществото, което също се нарича уравнение на непрекъснатост. При наличие на дифузия се използва законът на Фик, който е описан по-горе. Уравнението има следната форма:

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

Методи за дифузия

Наскоро широко се използва дифузионният метод, по-точно методът за неговото прилагане в твърди материали. Това се дължи на предимствата на метода, един от които е простотата на използваното оборудване и самият процес. Същността на дифузионния метод от твърди източници е отлагането на филми, легирани с един или няколко елемента върху полупроводници. Има няколко други метода на дифузия, в допълнение към метода на твърди източници:

• в затворен обем (метод на ампула). Минималната токсичност е предимство на метода, но високата му цена, поради разполагаемостта на ампулата, е значителен недостатък;
• в отворен обем (термична дифузия). Изключва се възможността за използване на много елементи, дължащи се на високи температури, както и странична дифузия.
• в частично затворен обем (кутия метод). Това е междинен метод между двете описани по-горе.

За да научите повече за методите и особеностите на дифузията, е необходимо да изучите допълнителна литература, посветена на тези въпроси.