Difuzija - kaj je to?

V šolskem kurikulumu tečaja fizike (približno sedmi razred) se učenci učijo, da je difuzija proces, ki predstavlja medsebojno penetracijo delcev ene snovi med delce druge snovi, zaradi česar so koncentracije v celotnem volumnu izenačene. To je dokaj težka opredelitev za razumevanje. Da bi razumeli, kaj je enostavna difuzija, zakon difuzije, njena enačba, je treba podrobno preučiti gradiva o teh vprašanjih. Vendar, če ima oseba splošno idejo, bodo spodnji podatki pomagali pridobiti osnovno znanje.

Fizični pojav - kaj je to

Zaradi dejstva, da veliko ljudi sploh zmede ali sploh ne ve, kaj je fizični fenomen in kako se razlikuje od kemičnega, pa tudi, kakšen pojav je difuzija, je treba ugotoviti, kaj je fizični fenomen. Torej, kot vsi vemo, je fizika neodvisna znanost, povezana s področjem naravoslovja, ki proučuje splošne naravne zakonitosti o strukturi in gibanju materije, kot tudi proučevanje same snovi. Fizični pojav je torej takšen pojav, zaradi katerega ne nastajajo nobene nove snovi, ampak le sprememba v strukturi snovi. Razlika med fizikalnim pojavom in kemijskim pojavom je prav v tem, da zaradi tega niso pridobljene nove snovi. Tako je difuzija fizični pojav.

Opredelitev pojma difuzija

Kot veste, je lahko besedilo koncepta veliko, vendar se splošni pomen ne sme spremeniti. Pojav difuzije ni izjema. Splošna opredelitev ima naslednjo obliko: difuzija je fizikalni pojav, ki je vzajemna penetracija delcev (molekul, atomov) dveh ali več snovi v enakomerno porazdelitev po celotnem volumnu, ki ga zasedajo te snovi. Zaradi difuzije se ne tvorijo nobene nove snovi, zato gre za fizični pojav. Enostavno imenujemo difuzija, ki ima za posledico gibanje delcev iz območja največje koncentracije v območje manjše koncentracije, ki ga povzroča termično (kaotično, Brownovo) gibanje delcev. Z drugimi besedami, difuzija je proces mešanja delcev različnih snovi, delci pa so enakomerno porazdeljeni po celotnem volumnu. To je zelo poenostavljena opredelitev, vendar najbolj razumljiva.

Vrste difuzije

Difuzijo je mogoče določiti kot pri opazovanju plinastih in tekočih snovi ter trdnih snovi. Zato vključuje več vrst:

• Kvantna difuzija je proces difuzije delcev ali točkovnih napak (lokalne kršitve kristalne mreže snovi), ki se izvaja v trdnih snoveh. Lokalna motnja je motnja v določeni točki v kristalni rešetki.

• Koloidna difuzija, ki se pojavlja po vsej prostornini koloidni sistem. Koloidni sistem Je medij, v katerem so delci, mehurčki in kapljice različni, ki se razlikujejo po agregatnem stanju in sestavi od prvega medija. Takšne sisteme in procese, ki se pojavljajo v njih, podrobno proučujemo v okviru koloidne kemije.
• Konvektivno - prenos mikrodelcev ene snovi z makrocelicami medija. Posebno odsek fizike, Hidrodinamika, se ukvarja s preučevanjem gibanja kontinuirnih medijev. Od tam se lahko naučite o stanju pretoka.
• Turbulentna difuzija je proces prenosa ene snovi v drugo zaradi turbulentnega gibanja druge snovi (značilne za pline in tekočine).

Izjava je potrjena, da lahko difuzija poteka tako v plinih in tekočinah kot v trdnih snoveh.

Kaj je zakon Fika?

Nemški znanstvenik, fizik Fick, je uvedel zakon, ki kaže odvisnost gostote pretoka delcev skozi eno samo mesto na spremembo koncentracije snovi na dolžino enote. Ta zakon je zakon difuzije. Zakon lahko formuliramo takole: tok delcev, ki je usmerjen vzdolž osi, je sorazmeren z derivatom števila delcev v spremenljivki, določeni vzdolž osi, glede na katero se določi smer pretoka delcev. Z drugimi besedami, pretok delcev, ki se giblje v smeri osi, je sorazmeren z derivatom števila delcev v spremenljivki, ki je odložena vzdolž iste osi kot tok. Zakon Ficka vam omogoča, da opišete proces prenosa snovi v času in prostoru.

Difuzijska enačba

Ko so v snovi prisotni tokovi, pride do prerazporeditve same snovi v prostoru. V zvezi s tem obstaja več enačb, ki opisujejo ta proces prerazporeditve z makroskopskega vidika. Difuzijska enačba je diferencialna. To izhaja iz splošne enačbe prevoza snovi, ki se imenuje tudi enačba kontinuitete. V prisotnosti difuzije se uporablja Fickov zakon, ki je opisan zgoraj. Enačba ima naslednjo obliko:

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

Difuzijske metode

Metoda difuzije, natančneje metoda njene uporabe v trdnih materialih, se je v zadnjem času pogosto uporabljala. To je posledica prednosti metode, od katerih je ena enostavnost uporabljene opreme in sam proces. Bistvo difuzijske metode iz trdnih virov je odlaganje filmov, dopiranih z enim ali več elementi na polprevodnikih. Poleg metode trdnih virov obstaja še nekaj drugih metod difuzije:

• v zaprti prostornini (metoda ampule). Prednost metode je minimalna toksičnost, vendar je njen visok strošek zaradi razpoložljivosti ampule pomembna pomanjkljivost;
• v odprti prostornini (toplotna difuzija). Možnost uporabe mnogih elementov zaradi visokih temperatur je izključena, prav tako pa so stranske difuzije velike pomanjkljivosti te metode;
• v delno zaprtem volumnu (polje metoda). To je vmesna metoda med zgoraj opisanima.

Da bi izvedeli več o metodah in značilnostih difuzije, je treba preučiti dodatno literaturo, ki je posebej namenjena tem vprašanjem.