Диффузия - Мои файлы - Каталог файлов - Физика в быту
Суббота, 03.12.2016, 09:44Приветствую Вас Гость | RSS
Физика в быту
Меню сайта
Категории раздела
Мои файлы [25]
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа

Каталог файлов


Главная » Файлы » Мои файлы

Диффузия
13.11.2010, 18:45

Диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (против градиента концентрации).

Самым известным примером диффузии является перемешивание газов или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной).

Другой пример связан с твёрдым телом: если один конец стержня нагреть или электрически зарядить, распространяется тепло (или соответственно электрический ток) от горячей (заряженной) части к холодной (незаряженной) части. В случае металлического стержня тепловая диффузия развивается быстро, а ток протекает почти мгновенно. Если стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно, а диффузия электрически заряженных частиц — очень медленно. Диффузия молекул протекает в общем ещё медленнее. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом, то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микрометров только через несколько тысяч лет.

Все виды диффузии подчиняются одинаковым законам. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения образца, а также разности концентраций, температур или зарядов (в случае относительно небольших величин этих параметров). Так тепло будет в четыре раза быстрее распространяться через стержень с диаметром в два сантиметра, чем через стержень с диаметром в один сантиметр. Это тепло будет распространяться в два раза быстрее, если перепад температур на одном сантиметре будет 10 °C вместо 5 °C. Скорость диффузии пропорциональна также параметру, характеризующему конкретный материал. В случае тепловой диффузии этот параметр называется теплопроводность, в случае потока электрических зарядов — электропроводность. Количество вещества, которое диффундирует в течение определённого времени и расстояние, проходимое диффундирующим веществом, пропорциональны квадратному корню времени.

Диффузия представляет собой процесс на молекулярном уровне и определяется случайным характером движения отдельных молекул. Скорость диффузии пропорциональна в связи с этим средней скорости молекул. В случае газов средняя скорость малых молекул больше, а именно она обратно пропорциональна квадратному корню из массы молекулы и растёт с повышением температуры. Диффузионные процессы в твёрдых телах при высоких температурах часто находят практическое применение. Например, в определённых типах электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) применяется металлический торий, продиффундировавший через металлический вольфрам при 2000 °C .

Если в смеси газов одна молекула в четыре раза тяжелее другой, то такая молекула передвигается в два раза медленнее по сравнению с её движением в чистом газе. Соответственно, скорость диффузии её также ниже. Эта разница в скорости диффузии лёгких и тяжёлых молекул применяется, чтобы разделять субстанции с различными молекулярными весами. В качестве примера можно привести разделение изотопов. Если газ, содержащий два изотопа, пропускать через пористую мембрану, более лёгкие изотопы проникают через мембрану быстрее, чем тяжёлые. Для лучшего разделения процесс производится в несколько этапов. Этот процесс широко применялся для разделения изотопов урана (отделение делящегося под нейтронным облучением 235U от основной массы 238U). Поскольку такой способ разделения требует больших энергетических затрат, были развиты другие, более экономичные способы разделения. Например, широко развито применение термодиффузии в газовой среде. Газ, содержащий смесь изотопов, помещается в камеру, в которой поддерживается пространственный перепад (градиент) температур. При этом тяжёлые изотопы со временем концентрируются в холодной области.

С точки зрения термодинамики движущим потенциалом любого выравнивающего процесса является рост энтропии. При постоянных давлении и температуре в роли такого потенциала выступает химический потенциал µ, обуславливающий поддержание потоков вещества. Поток частиц вещества пропорционален при этом градиенту потенциала

J ~  - \left(\frac{\partial \mu}{\partial x}\right)_{p,T}

В большинстве практических случаев вместо химического потенциала применяется концентрация C. Прямая замена µ на C становится некорректной в случае больших концентраций, так как химический потенциал связан с концентрацией по логарифмическому закону. Если не рассматривать такие случаи, то выше приведённую формулу можно заменить на следующую:



которая показывает, что плотность потока вещества J [cm - 2s - 1] пропорциональна коэффициенту диффузии D [(cm2s - 1)] и градиенту концентрации. Это уравнение выражает первый закон Фика (Адольф Фик — немецкий физиолог, установивший законы диффузии в 1855 г.). Второй закон Фика связывает пространственное и временное изменения концентрации (уравнение диффузии):


Коэффициент диффузии D зависит от температуры. В ряде случаев в широком интервале температур эта зависимость представляет собой уравнение Аррениуса.

Дополнительное поле, наложенное параллельно градиенту химического потенциала, нарушает стационарное состояние. В этом случае диффузионные процессы описываются нелинейным уравнением Фоккера-Планка. Процессы диффузии имеют большое значение в природе:

  • Питание, дыхание животных и растений;
  • Проникновение кислорода из крови в ткани человека;
Категория: Мои файлы | Добавил: Kylek
Просмотров: 4424 | Загрузок: 0 | Комментарии: 9 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 8
8  
Потёрто...........http://info-liomers.ru/cat.php?id=cool-fizika.ucoz.ru - .

7  
тут на этом интернет-блоге можно посмотреть большой выбор интересных статей о ` http://www.infosuper.ru/ - Forex.

6  
тут на этом блоге http://www.justlady.ru/articles-154931-kak-uznat-svoy-biologicheskiy-vozrast - justlady.ru вы можете взглянуть на огромный выбор умных статей на тему здоровья. здесь на ресурсе все статьи выложены всем желающим.

5  
тут на интернет-портале http://www.justlady.ru/articles-147366-kak-opredelit-normalnyy-ves-cheloveka - здесь подобран большой набор умных статей на тему красоты. у нас на вышеприведенном ресурсе все статьи предоставлены на всеобщее обозрение.

4  
Всем приветик! Давайте далиться последними просмотренными вами фильмами!
Меня недавно впечатлил фильм Мужчина с гарантиейhttp://kinokorsar.ru/ - . По-моему отличный отечественный фильм про взаимоотношения людей.
А вчера мы с мужем сходили на фильм Порочнакя страсть. Интересный фильм о семье, любовнице, деньгах, Тиме Роте и разрушении всего обыденного. Ричард Гир немного постарел, но актерская игра бесподобна!
Какие еще фильмы вы можете посоветовать? хочется чего-нибудь в этом же духе.

3  
Здравствуйте, друзья. Мы с мужем въехали в новую квартиру, ремонт в которой, похоже, не делался никогда. В связи с тем, что на ее покупку пришлось продать старый дом, отдать все сбережения и даже немного занять у родителей, финансовая ситуация не позволяет воспользоваться услугами ремонтных бригад.
А, тем не менее, у нас маленький ребенокhttp://strojdomsam.ru/ - , который просто не должен жить в таких условиях!
Вот я и думаю, как максимально сэкономить на ремонте и хотим попробовать сделать его своими руками.
Но дело в том, что у нас нет никакого опыта, поскольку муж больше головой работает, чем руками, да и боюсь, что придется потом переделывать все и исправлять, а это может повлечь еще большие расходы.
Поделитесь опытом, может кто-то знает, как сделать ремонт подешевле и за что можно взяться самим, а к чему привлекать мастеров.
Заранее благодарна.

2  
Нет ничего сложнее, чем купить подарок для дорогого, любимого мужчины или выбрать презент начальнику, другу. И нет ничего проще, чем сделать это у нас! Для решения всех проблем и создан наш Интернет магазин подарков.
Одним из основных наших направлений является продажа подарков для мужчин. У нас всегда в наличии большой ассортимент подарочных наборов, от недорогих до элитных, например таких, как http://vam-podarki.ru/show_cat2.php?grid=6001 - покерный набор 500. Рекомендуем купить набор для покера для азартных людей, которые увлекаются замечательной игрой - покер, они обязательно оценят такой подарок по достоинству.

1  
у нас на официальном интернет-сайте [url - http://ublaze.ru/ вы можете посмотреть громадный выбор статей. на тему http://ublaze.ru/forum/ftopic1131.html - ИК пульт Technisat Remote TS35. тут на веб-сайте все статьи предоставлены абсолютно бесплатно и без лишней регистрации.

Имя *:
Email *:
Код *:
Поиск