Дифузия: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
м Премахнати редакции на 88.87.6.72 (б.), към версия на H devil |
Редакция без резюме |
||
Ред 1:
{{обработка|форматиране}}
Дифузия — процес на пренос на материя или енергия от област с по-висока концентрация към област с по-ниска концентрация. Най-известния пример на дифузия е размесване на газове или течности. Друг пример свързан с твърдите тела: ако единия край на пръчка се нагрее, или се зареди електрически, се разпространява топлина (или съответнно електрический ток) от горещата (заредена) част към студената (незаредена) част. Ако пръчката е метална топлинната дифузия се развива по-бързо, а тока протича почти мигновенно. Ако пръчката е от синтетичен материал, топлинната дифузия протича бавно, а дифузията на електрически заредените частици — много бавно. Дифузия на молекули протича още по-бавно. Например, ако пуснем парче захар на дъното на чаша с вода и не разбъкваме водата, то ще минат няколко седмици преди разтвора да стане еднороден. Още по-бавно прича дифузията на едно твърдо вещество в друго. Например, ако мед се покрие със злато, то ще протича дифузия на злато в мед, но при нормални условия (стайна температура и атмосферно налягане) златния слой ще достигне дебелина няколко микрометра след няколко хиляди години.
Всички видове дифузия се подчиняват на едини и същи закони. Скоростта на дифузията е пропорционална на площа на напречното сечение на образеца, а също и на разликата в концентраците, температурата или зарядите (в случай на относително неголеми стойности на тези параметри). Топлината ще се разпространява четри пъти по-бързо през пръчка с диаметър два сантиметра, отколкото през пръчка с диаметър един сантиметър. Тази топлина ще се разпространява два пъти по-бързо, ако разликата в температурата на един сантиметър бъде 10 ºC вместо 5 ºC. Скоростта на дифузията е пропорционална също и на параметър, характеризиращ конкретния материал. В случая на топлинна дифузия този параметър се нарича топлопроводност, за поток електрически заряди — електропроводност. Количеството вещество, което дифундира за определено време и разстояние е пропорционално на квадратен корен на времето.▼
▲ Всички видове дифузия се подчиняват на едини и същи закони. Скоростта на дифузията е пропорционална на площа на напречното сечение на образеца, а също и на разликата в концентраците, температурата или зарядите (в случай на относително неголеми стойности на тези параметри). Топлината ще се разпространява четри пъти по-бързо през пръчка с диаметър два сантиметра, отколкото през пръчка с диаметър един сантиметър. Тази топлина ще се разпространява два пъти по-бързо, ако разликата в температурата на един сантиметър бъде 10 ºC вместо 5 ºC. Скоростта на дифузията е пропорционална също и на параметър, характеризиращ конкретния материал. В случая на топлинна дифузия този параметър се нарича топлопроводност, за поток електрически заряди — електропроводност. Количеството вещество, което дифундира за определено време и разстояние е пропорционално на квадратен корен на времето.
Дифузията представлява процес на молекулярно ниво и се определя от случайния характер на движение на отделните молекули. Скоростта на дифузията е пропорционална на средната скорост на молекулите. В случая на газове, средната скорост на по-малките молекули е по-голяма, а именно тя е обратно пропорционална на квадратен корен на масата на молекулите и расте с повишаване на температурата. Дифузионните процеси в твърдите тела при високи температури често намират практическое приложение. ▼
▲ Дифузията представлява процес на молекулярно ниво и се определя от случайния характер на движение на отделните молекули. Скоростта на дифузията е пропорционална на средната скорост на молекулите. В случая на газове, средната скорост на по-малките молекули е по-голяма, а именно тя е обратно пропорционална на квадратен корен на масата на молекулите и расте с повишаване на температурата. Дифузионните процеси в твърдите тела при високи температури често намират практическое приложение.
Ако в смес от газове една молекула е четри пъти по-тежка от друга, то такава молекула се придвижва два пъти по-бавно в сравнение ако се движи в чист газ. Съответно, скоростта на дифузията й също е по-ниска. Тази разлика в скоростите на дифузия на леки и тежки молекули се използва, за да се разделят субстанции с различни молекулярни маси. Като пример може да се даде разделяне на изотопи. Ако газ, съдържащ два изотопа, се пропуска през пореста мембрана, по-леките изотопи проникват през мембраната по-бързо отколкото тежките. ▼
▲ Ако в смес от газове една молекула е четри пъти по-тежка от друга, то такава молекула се придвижва два пъти по-бавно в сравнение ако се движи в чист газ. Съответно, скоростта на дифузията й също е по-ниска. Тази разлика в скоростите на дифузия на леки и тежки молекули се използва, за да се разделят субстанции с различни молекулярни маси. Като пример може да се даде разделяне на изотопи. Ако газ, съдържащ два изотопа, се пропуска през пореста мембрана, по-леките изотопи проникват през мембраната по-бързо отколкото тежките.
От гледна точка на термодинамиката, движещ потенциал за всеки изравняващ процес се явява повишаването на ентропията. При постоянни налягане и температура в ролята на такъв потенциал играе химическия потенциал µ, обуславящ подържането на потока вещество. Потока на частиците вещество е пропорционален при това на градиента на потенциала▼
▲ От гледна точка на термодинамиката, движещ потенциал за всеки изравняващ процес се явява повишаването на ентропията. При постоянни налягане и температура в ролята на такъв потенциал играе химическия потенциал µ, обуславящ подържането на потока вещество. Потока на частиците вещество е пропорционален при това на градиента на потенциала
<math>J ~ - \left(\frac{\partial \mu}{\partial x}\right)_{p,T}</math>
В повечето практични случаи вместо химичен потенциал се използва концентрацията C. Замяната на µ с C е некоректно в случай на малки концентрации, тъй като химичния потенциал е свързан с концентрацията по логаритмичен закон. Ако не разглеждаме такива случаи, то горната формула може да се замени със следната:
<math>J = - D \frac{\partial C}{\partial x}</math>
| |||