Difuzija - što je to?

U školskom kurikulumu tečaja fizike (otprilike sedmi razred) učenici uče da je difuzija proces koji predstavlja međusobnu penetraciju čestica jedne tvari između čestica druge tvari, zbog čega su koncentracije u cijelom volumenu izjednačene. To je prilično teška definicija za razumijevanje. Da bismo razumjeli što je jednostavna difuzija, zakon difuzije, njezina jednadžba, potrebno je detaljno proučiti materijale o tim pitanjima. Međutim, ako osoba ima opću ideju, podaci u nastavku pomoći će u stjecanju osnovnog znanja.

Fizička pojava - što je to

S obzirom na činjenicu da mnogi zbunjuju ili uopće ne znaju što je fizički fenomen i kako se razlikuje od kemijskog, a također i kakva je pojava difuzija, potrebno je shvatiti što je to fizički fenomen. Dakle, kao što svi znaju, fizika je neovisna znanost vezana za područje prirodnih znanosti, koja proučava opće prirodne zakone o strukturi i kretanju materije, kao i proučava samu materiju. Prema tome, fizički fenomen je takav fenomen, zbog kojeg se ne stvaraju nove tvari, već se događa samo promjena strukture tvari. Razlika između fizičkog i kemijskog fenomena leži upravo u činjenici da se zbog toga ne dobivaju nove tvari. Stoga je difuzija fizički fenomen.

Definicija pojma difuzije

Kao što znate, formulacija koncepta može biti mnogo, ali se opće značenje ne smije mijenjati. A fenomen difuzije nije iznimka. Općenita definicija ima sljedeći oblik: difuzija je fizički fenomen, a to je međusobna penetracija čestica (molekula, atoma) dviju ili više tvari do ravnomjerne raspodjele po volumenu tih tvari. Kao rezultat difuzije, ne stvaraju se nikakve nove tvari, stoga je to upravo fizički fenomen. Jednostavno se naziva difuzija, koja rezultira kretanjem čestica iz područja najveće koncentracije u područje manje koncentracije, što je uzrokovano toplinskim (kaotičnim, Brownovim) gibanjem čestica. Drugim riječima, difuzija je proces miješanja čestica različitih tvari, a čestice su ravnomjerno raspoređene po volumenu. To je vrlo pojednostavljena definicija, ali najrazumljivija.

Vrste difuzije

Difuzija se može utvrditi kao kod praćenja plinovitih i tekućih tvari, kao i kod čvrstih. Stoga uključuje nekoliko vrsta:

• Kvantna difuzija je proces difuzije čestica ili točkastih defekata (lokalno narušavanje kristalne rešetke tvari), koji se provodi u krutim tvarima. Lokalni poremećaj je poremećaj u određenoj točki kristalne rešetke.

• Koloidna difuzija koja se pojavljuje u volumenu koloidni sustav. Koloidni sustav To je medij u kojem se čestice, mjehurići i kapljice razlikuju, a razlikuju se po agregatnom stanju i sastavu od prvog, medija. Takvi sustavi, kao i procesi koji se u njima odvijaju, detaljno se proučavaju tijekom koloidne kemije.
• Konvektivni - prijenos mikročestica jedne tvari na makročestice medija. poseban odjeljak fizike, pod nazivom hidrodinamika, bavi se proučavanjem gibanja kontinuiranog medija. Odatle možete naučiti o stanju protoka.
• Turbulentna difuzija je proces prijenosa jedne tvari u drugu zbog turbulentnog gibanja druge tvari (tipičnog za plinove i tekućine).

Potvrđeno je da se difuzija može odvijati u plinovima i tekućinama, kao iu krutim tvarima.

Što je zakon Fika?

Njemački znanstvenik, fizičar Fick, uveo je zakon koji pokazuje ovisnost gustoće protoka čestica kroz jednu lokaciju o promjeni koncentracije tvari po jedinici duljine. Ovaj zakon je zakon difuzije. Zakon se može formulirati na sljedeći način: protok čestica, koji je usmjeren uzduž osi, proporcionalan je derivaciji broja čestica u varijabli postavljenoj uzduž osi, u odnosu na koju se određuje smjer strujanja čestica. Drugim riječima, protok čestica koji se kreće u smjeru osi proporcionalan je derivaciji broja čestica u varijabli koja se taloži duž iste osi kao i tok. Zakonom Ficka možete opisati proces prijenosa tvari u vremenu i prostoru.

Jednadžba difuzije

Kada su tokovi prisutni u tvari, dolazi do preraspodjele same tvari u prostoru. U tom smislu, postoji nekoliko jednadžbi koje opisuju ovaj proces redistribucije s makroskopskog stajališta. Jednadžba difuzije je diferencijalna. To proizlazi iz opće jednadžbe transporta tvari, koja se također naziva jednadžba kontinuiteta. U prisutnosti difuzije, koristi se Fickov zakon koji je gore opisan. Jednadžba ima sljedeći oblik:

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

Difuzijske metode

Nedavno je naširoko korištena difuzijska metoda, točnije metoda njezine primjene u krutim materijalima. To je zbog prednosti metode, od kojih je jedna jednostavnost korištene opreme i sam proces. Bit difuzijske metode iz čvrstih izvora je taloženje filmova dopiranih s jednim ili više elemenata na poluvodičima. Postoji još nekoliko metoda difuzije, osim metode čvrstih izvora:

• u zatvorenom volumenu (metoda ampule). Minimalna toksičnost je prednost metode, ali njen visoki trošak, zbog raspoloživosti ampule, značajan je nedostatak;
• u otvorenom volumenu (toplinska difuzija). Isključena je mogućnost korištenja mnogih elemenata zbog visokih temperatura, kao i lateralna difuzija su glavni nedostaci ove metode;
• u djelomično zatvorenom volumenu (okvirni postupak). To je intermedijarna metoda između dva gore opisana.

Kako bi saznali više o metodama i obilježjima difuzije, potrebno je proučiti dodatnu literaturu posvećenu tim pitanjima.