Дифузија во цврсти материи, течности и гасови: дефиниција, услови. Голема енциклопедија за нафта и гас

За да разбереме од што зависи дифузијата, да ги разгледаме факторите кои влијаат на неа.

Дифузијата зависи од температурата. Брзината на дифузија ќе се зголемува со зголемување на температурата, бидејќи како што се зголемува температурата, брзината на движење на молекулите ќе се зголемува, односно молекулите ќе се мешаат побрзо. (Сите го знаете тоа во ладна водашеќерот треба долго време да се раствори)

И при додавање надворешно влијание (лице меша шеќер во вода) дифузијата ќе продолжи побрзо. Состојба на материјатаисто така ќе влијае од што зависи дифузијата, имено брзината на дифузија. Термичката дифузија зависи од видот на молекулите. На пример, ако некој предмет е метал, тогаш термичката дифузија се јавува побрзо, за разлика од ако предметот е направен од синтетички материјал. Дифузијата помеѓу цврстите материјали се случува многу бавно.

Значи, брзината на дифузија зависи од: температура, концентрација, надворешни влијанија, состојба на агрегацијасупстанции

Дифузијата е од големо значење во природата и во животот на човекот.

Примери за дифузија

За подобро да разбереме што е дифузија, да ја разгледаме со примери.Да дадеме заедно примери за процесот на дифузија во гасовите. Варијанти на манифестација на овој феномен може да бидат како што следува:

Ширење на мирис на цвеќе;

Ширење мирис на пилешко на скара, кое толку многу го сака кученцето Антошка;

Солзи над сечкање кромид;

Трага од парфем што се чувствува во воздухот.

Празнините меѓу честичките во воздухот се прилично големи, честичките се движат хаотично, па дифузијата на гасовитите материи се случува доста брзо.

Едноставен и достапен пример за дифузија на цврсти материи е да земете две парчиња повеќебојна пластелин и да ги замесите во рацете, набљудувајќи како се мешаат боите. И, соодветно, без надворешно влијание, ако едноставно притиснете две парчиња едно против друго, ќе бидат потребни месеци, па дури и години за двете бои барем малку да се измешаат, така да се каже, да навлезат една во друга.

Манифестациите на дифузија во течности може да бидат како што следува:

Распуштање капка мастило во вода;

- „Ленот ја избледе“ бојата на влажните ткаенини;

Кисела зеленчук и правење џем

Значи, дифузија е мешање на молекулите на супстанцијата при нивното случајно термичко движење.

Меѓу бројните појави во физиката, процесот на дифузија е еден од наједноставните и најразбирливите. На крајот на краиштата, секое утро, кога подготвува ароматичен чај или кафе, едно лице има можност да ја набљудува оваа реакција во пракса. Ајде да дознаеме повеќе за овој процес и условите за неговото појавување во различни состојби на агрегација.

Што е дифузија

Овој збор се однесува на пенетрација на молекули или атоми на една супстанција помеѓу слични структурни единици на друга. Во овој случај, концентрацијата на пенетрирачките соединенија е изедначена.

Овој процес првпат беше детално опишан од германскиот научник Адолф Фик во 1855 година.

Името на овој термин е изведено од латинскиот diffusio (интеракција, дисперзија, дистрибуција).

Дифузија во течност

Процесот што се разгледува може да се случи со супстанции во сите три состојби на агрегација: гасовити, течни и цврсти. Да најде практични примериова, само треба да погледнете во кујната.

Боршот што крчка на шпорет е еден од нив. Под влијание на температурата, молекулите на глукозин бетанин (супстанцијата што му дава на цвеклото толку богата црвена боја) рамномерно реагираат со молекулите на водата, давајќи и единствена бургундска нијанса. Овој случај е во течности.

Покрај боршот, овој процес може да се забележи и во чаша чај или кафе. И двата пијалоци имаат таква униформа, богата сенка поради фактот што пијалакот или честичките од кафето, растворувајќи се во вода, рамномерно се шират меѓу неговите молекули, обојувајќи го. Дејството на сите популарни инстант пијалоцидеведесеттите: Јупи, Покани, Зуко.

Меѓусебна пенетрација на гасови

Атомите и молекулите кои носат мирис се во активно движење и, како резултат на тоа, се мешаат со честичките кои се веќе содржани во воздухот и се прилично рамномерно дисперзирани низ просторијата.

Ова е манифестација на дифузија во гасови. Вреди да се напомене дека самото вдишување на воздухот е поврзано со процесот што се разгледува, како и апетитниот мирис на свежо подготвен борш во кујната.

Дифузија во цврсти материи

Кујнската маса, на која има цвеќиња, е покриена со светла покривка за маса. жолта боја. Доби слична нијанса поради способноста да се појави дифузија во цврсти материи.

Процесот на давање на платното изедначена нијанса се одвива во неколку фази како што следува.

1. Честички од жолт пигмент дифузни во резервоарот за боја кон фиброзниот материјал.
2. Потоа тие беа апсорбирани надворешна површинаобоена ткаенина.
3. Следниот чекор беше повторно дифузија на бојата, но овој пат во влакната на ткаенината.
4. Конечно, ткаенината фиксираше честички од пигмент, со што станува обоена.

Дифузија на гасови во метали

Обично, кога зборуваме за овој процес, ги разгледуваме интеракциите на супстанциите во идентични состојби на агрегација. На пример, дифузија во цврсти материи, цврсти материи. За да се докаже оваа појава, се спроведува експеримент со двајца метални плочи(злато и олово). Меѓусебната пенетрација на нивните молекули се случува доста долго (еден милиметар за пет години). Овој процес се користи за изработка на необичен накит.

Сепак, соединенијата во различни состојби на агрегација се исто така способни за дифузија. На пример, постои дифузија на гасови во цврсти материи.

За време на експериментите беше докажано дека сличен процес се случува во атомска состојба. За да се активира, по правило, потребно е значително зголемување на температурата и притисокот.

Пример за таква гасовита дифузија во цврсти материи е водородната корозија. Се манифестира во ситуации кога атоми на водород (H2) создадени за време на некоја хемиска реакција под влијание на високи температури (од 200 до 650 степени Целзиусови) продираат помеѓу структурните честички на металот.

Покрај водородот, дифузија на кислород и други гасови може да се појави и во цврсти материи. Овој процес, невидлив за око, носи многу штета, бидејќи металните конструкции можат да се урнат поради тоа.

Дифузија на течности во метали

Меѓутоа, не само молекулите на гасот можат да навлезат во цврсти материи, туку и во течности. Како и кај водородот, најчесто овој процес доведува до корозија (ако ние зборуваме заза металите).

Класичен пример за дифузија на течност во цврсти материи е корозија на метали под влијание на вода (H 2 O) или раствори на електролити. За повеќето, овој процес е попознат под името 'рѓосување. За разлика од водородната корозија, во пракса се среќава многу почесто.

Услови за забрзување на дифузијата. Коефициент на дифузија

Откако сфативме во кои супстанции може да се појави предметниот процес, вреди да се дознаат условите за неговото појавување.

Пред сè, брзината на дифузија зависи од состојбата на агрегација во која се наоѓаат супстанциите кои содејствуваат. Колку е поголема во која се јавува реакцијата, толку е помала нејзината брзина.

Во овој поглед, дифузијата во течности и гасови секогаш ќе биде поактивна отколку во цврстите материи.

На пример, ако кристалите на калиум перманганат KMnO 4 (калиум перманганат) се фрлат во вода, тие ќе му дадат убава темноцрвена боја за неколку минути. Меѓутоа, ако на парче мраз посипете кристали KMnO 4 и сето тоа го ставите во замрзнувач, по неколку часа калиум перманганатот нема да може целосно да го обои замрзнатиот H 2 O.

Од претходниот пример можеме да извлечеме уште еден заклучок за условите на дифузија. Покрај состојбата на агрегација, температурата влијае и на стапката на меѓусебна пенетрација на честичките.

За да се разгледа зависноста на процесот што се разгледува од него, вреди да се научи за таков концепт како што е коефициентот на дифузија. Ова е името на квантитативната карактеристика на неговата брзина.

Во повеќето формули се означува со големата латинска буква D, а во системот SI се мери во квадратни метри во секунда (m²/s), понекогаш во сантиметри во секунда (cm 2 /m).

Коефициентот на дифузија е еднаков на количината на супстанција расфрлана низ единица површина во единица време, под услов разликата во густините на двете површини (лоцирани на растојание еднакво на единица должина) да е еднаква на единство. Критериумите што го одредуваат D се својствата на супстанцијата во која се случува самиот процес на дисперзија на честички и нивниот тип.

Зависноста на коефициентот од температурата може да се опише со помош на Arrhenius равенката: D = D 0exp (-E/TR).

Во разгледуваната формула, Е е минималната енергија потребна за активирање на процесот; Т - температура (мерена во Келвин, а не во Целзиусови); R е гасната константа, карактеристика на идеален гас.

Покрај сето горенаведено, брзината на дифузија во цврсти материи и течности во гасови е под влијание на притисокот и зрачењето (индукција или висока фреквенција). Покрај тоа, многу зависи од присуството на каталитичка супстанција; често таа делува како активирач за активната дисперзија на честичките.

Равенка на дифузија

Овој феномен е посебен вид парцијална диференцијална равенка.

Неговата цел е да ја пронајде зависноста на концентрацијата на супстанцијата од големината и координатите на просторот (во кој се дифузира), како и од времето. Во овој случај, дадениот коефициент ја карактеризира пропустливоста на медиумот за реакцијата.

Најчесто равенката на дифузија се пишува на следниов начин: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x.

Во него, φ (t и r) е густината на расејувачката материја во точката r во времето t. D (φ, r) е генерализиран коефициент на дифузија при густина φ во точката r.

∇ е векторски диференцијален оператор чии координатни компоненти се парцијални изводи.

Кога коефициентот на дифузија зависи од густината, равенката е нелинеарна. Кога не - линеарно.

Имајќи ја предвид дефиницијата за дифузија и карактеристики овој процесво различни средини, може да се забележи дека има и позитивни и негативни страни.

Газизова Ѓузел

„Чекори во науката – 2016“

Преземи:

Преглед:

Буџетот на општината образовна институција

« Арскаја просек сеопфатно училиштебр. 7“ Арски

Општински округ на Република Татарстан.

Републиканска научна и практична конференција

„Чекори во науката – 2016“

Дел: Физика и техничка креативност

Истражување

Предмет: Набљудување на дифузија во вода и ефектот на температурата врз брзината на дифузија.

Назив на работното место.

Газизова Гузел Робертовна Зинатулин Фидарис Фајсалович

Ученик 7 одделение наставник по физика 1 квартал категории.

2016 година

1. Страна за вовед 3

1. Истражувачки проблем
2. Релевантност на темата и практично значење на студијата
3. Објект и предмет на истражување
4. Цели и цели
5. Истражувачка хипотеза

1. Главен дел истражувачка работаСтраница 5

1. Опис на местото и условите на набљудувања и експерименти
2. Методологија на истражување, нејзината валидност
3. Главните резултати од експериментот
4. Резиме и заклучоци

1. Заклучок Страна 6
2. Референци Страна 7

Дифузија (латински diffusio - ширење, ширење, расејување, интеракција) е процес на взаемно продирање на молекули или атоми на една супстанција помеѓу молекули или атоми на друга, што доведува до спонтано изедначување на нивните концентрации низ зафатениот волумен. Во некои ситуации, една од супстанциите веќе има изедначена концентрација и тие зборуваат за дифузија на една супстанција во друга. Во овој случај, преносот на супстанцијата се случува од област со висока концентрација во област со мала концентрација.

Ако внимателно истурете вода во раствор од бакар сулфат, ќе се формира јасна интерфејс помеѓу двата слоја ( бакар сулфатпотежок од водата). Но, по два дена ќе има хомогена течност во садот. Ова се случува сосема случајно.

Друг пример е поврзан со цврсто тело: ако едниот крај на шипката е загреан или електрично наполнет, топлината се шири (или, соодветно електрична енергија) од топлиот (наполнет) дел до ладниот (ненаполнет) дел. Во случај на метална прачка, термичката дифузија се развива брзо и струјата тече речиси моментално. Ако прачката е направена од синтетички материјал, топлинската дифузија е бавна, а дифузијата на електрично наелектризираните честички е многу бавна. Дифузијата на молекулите е генерално уште побавна. На пример, ако парче шеќер се стави на дното на чаша вода и водата не се меша, ќе поминат неколку недели пред растворот да стане хомоген. Дифузијата на една цврста супстанција во друга се случува уште побавно. На пример, ако бакарот е обложен со злато, тогаш ќе се појави дифузија на злато во бакар, но кога нормални услови(собна температура и атмосферски притисок) слојот што носи злато ќе достигне дебелина од неколку микрометри дури по неколку илјади години.

Првиот квантитативен опис на процесите на дифузија го дал германскиот физиолог А. Фик во 1855 година.

Дифузијата се одвива во гасови, течности и цврсти материи, и двете честички на туѓи материи содржани во нив и нивните сопствени честички можат да се дифузираат.

Дифузија во човечкиот живот

Проучувајќи го феноменот на дифузија, дојдов до заклучок дека благодарение на овој феномен човек живее. На крајот на краиштата, како што знаете, воздухот што го дишеме се состои од мешавина на гасови: азот, кислород, јаглерод диоксид и водена пареа. Се наоѓа во тропосферата - во долниот слој на атмосферата. Ако немаше процеси на дифузија, тогаш нашата атмосфера едноставно би се раслојувала под влијание на гравитацијата, која делува на сите тела лоцирани на површината на Земјата или во близина на неа, вклучувајќи ги и молекулите на воздухот. Подолу би бил потежок слој на јаглерод диоксид, над него би бил кислородот, горе би бил азот и инертни гасови. Но, за нормална животна активност ни треба кислород, не јаглерод диоксид. Дифузија се јавува и во самото човечко тело. Човечкото дишење и варење се засноваат на дифузија. Ако зборуваме за дишење, тогаш во секој момент во времето крвни садови, преплетувајќи ги алвеолите, има приближно 70 ml крв, од која јаглеродниот диоксид дифундира во алвеолите и во обратна насока- кислород. Огромната површина на алвеолите овозможува да се намали дебелината на слојот на крв што разменува гасови со интра-алвеоларниот воздух на 1 микрон, што овозможува да се засити оваа количина крв со кислород за помалку од 1 секунда и да се ослободи. од вишокот на јаглерод диоксид.

Овој феномен влијае и на човечкото тело - кислородот од воздухот продира низ крвните капилари на белите дробови со дифузија низ ѕидовите на алвеолите, а потоа се раствора во нив и се шири низ телото, збогатувајќи го со кислород.

Дифузијата се користи во многу технолошки процеси: солење, добивање шеќер ( струготини од шеќерна репка се мијат со вода, молекулите на шеќерот се дифузираат од струготини во растворот), правење џем, боење ткаенини, перење работи, цементирање, заварување и лемење на метали, вклучително и дифузно заварување во вакуум (метали кои инаку не можат да се комбинираат методи - челик со леано железо, сребро со не'рѓосувачки челик итн.) и дифузна метализација на производи (површинска заситеност на производи од челик со алуминиум, хром, силициум), нитридирање - заситеност на челичната површина со азот ( челикот станува тврд, отпорен на абење), карбуризација - заситеност на челичните производи со јаглерод, цијанидација - заситеност на челичната површина со јаглерод и азот.

Како што може да се види од дадените примери, процесите на дифузија играат многу важна улога важна улогаво животот на луѓето

Проблем: Зошто дифузијата се јавува различно на различни температури?

Релевантност Од ова истражување гледам дека темата „Дифузија во течни, цврсти и гасовити состојби“ е од витално значење не само во курсот по физика. Знаењето за дифузијата може да ми биде корисно во Секојдневниот живот. Оваа информација ќе ви помогне да се подготвите за испитот по физика за основните и средно школо. Многу ми се допадна темата и решив да ја проучам подлабоко.

Предмет на моето истражување– дифузија која се јавува во вода на различни температури ипредмет на изучување– набљудувања со помош на експерименти на различни температурирежими.

Цел на работата:

1. Проширете го знаењето за дифузијата и нејзината зависност од различни фактори.
2. Објаснете физичка природафеномени на дифузија врз основа на молекуларната структура на материјата.
3. Откријте ја зависноста на брзината на дифузија од температурата за мешани течности.
4. Потврдете ги теоретските факти со експериментални резултати.
5. Сумирајте го стекнатото знаење и развијте препораки.

Цели на истражувањето:

1. Истражете ја брзината на дифузија во вода на различни температури.
2. Докажете дека испарувањето на течноста е резултат на движењето на молекулите

Хипотеза: на висока температураМолекулите се движат побрзо и затоа се мешаат побрзо.

Главниот дел од истражувачката работа

За моето истражување, зедов две чаши. Во едната истури топла вода, а во другата ладна вода. Во исто време, им пуштил кесичка чај. Топлата вода стана црвена Кафеава бојапобрзо од студено. Познато е дека во топла водамолекулите се движат побрзо бидејќи нивната брзина зависи од температурата. Ова значи дека молекулите на чајот побрзо ќе навлезат помеѓу молекулите на водата. Во ладна вода, брзината на молекулите е помала, па феноменот на дифузија кај нас се јавува побавно. Феноменот на пенетрација на молекули на една супстанција помеѓу молекули на друга се нарекува дифузија.

Потоа истурив исто толку вода во две чаши. Едната чаша ја оставив на масата во собата, а другата ја ставив во фрижидер. Пет часа подоцна ги споредив нивоата на водата. Се испостави дека во чаша од фрижидерот, нивото практично не се променило. Во вториот, нивото значително се намали. Ова е предизвикано од движењето на молекулите. И тоа е поголемо, толку е поголема температурата. При поголеми брзини, молекулите на водата, кои се приближуваат до површината, „скокнуваат“. Ова движење на молекулите се нарекува испарување. Искуството покажа дека испарувањето се случува побрзо на повисоки температури, бидејќи колку побрзо се движат молекулите, толку повеќе молекули летаат подалеку од течноста во исто време. Во ладна вода брзината е мала, па остануваат во чашата.

Заклучок:

Врз основа на експериментот и набљудувањата на дифузија во вода има различни температури, се уверив дека температурата многу влијае на брзината на молекулите. Доказ за тоа беше различни степенисе случува испарување. Така, колку е потопла супстанцијата, толку е поголема брзината на молекулите. Колку е постудено, толку е помала брзината на молекулите. Затоа, дифузијата во течностите ќе биде побрза на високи температури.

Литература:

1. А.В. Перишкин. Физика 7 одделение. М.: Бустард, 2011 година.
2. Библиотека „Први септември“. М.: „Први септември“, 2002 година.
3. Биофизика на часови по физика. Од работно искуство. М., „Просветителство“, 1984 година.