KHÁC BIỆT (từ tiếng Latin khuếch tán - lan rộng, lan rộng, phân tán), quá trình thiết lập sự phân bố không gian có thể xảy ra nhất của các hạt trong quá trình chuyển động hỗn loạn của chúng trong chất khí, chất lỏng và chất rắn. Khuếch tán là một trường hợp đặc biệt của sự chuyển giao hiện tượng.
Trong môi trường cân bằng nhiệt động gồm hai thành phần trở lên, khi không có tác động từ bên ngoài, sự khuếch tán dẫn đến sự cân bằng nồng độ các hạt của từng thành phần trong toàn bộ thể tích của môi trường. Trong hỗn hợp nhị phân có nồng độ chất khuếch tán thấp, mật độ dòng khuếch tán J của các hạt có liên quan đến gradient nồng độ của chúng ∇n theo hệ thức: J = ‒D∇n (Định luật 1 Fick, xem định luật Fick ), trong đó D là hệ số khuếch tán. Trong trường hợp này, sự thay đổi nồng độ n theo thời gian t và không gian thông qua khuếch tán với giá trị D không phụ thuộc tọa độ được mô tả bằng phương trình khuếch tán:
∂n/∂t = D∆n (1)
(Định luật Fick thứ 2). Nếu các hạt khuếch tán có thể sinh ra hoặc chết đi thì các nguồn hoặc phần chìm tương ứng sẽ được thêm vào vế phải của phương trình (1), ví dụ, tốc độ thay đổi nồng độ trong các phản ứng hóa học (∂n/∂t). Sự kết hợp giữa khuếch tán với các phản ứng hóa học đặc trưng cho nhiều quá trình đốt cháy và lan truyền phía trước ngọn lửa. Khuếch tán neutron, cùng với sự sản sinh và hấp thụ của chúng, là một trong những quá trình chính xảy ra trong lõi của lò phản ứng hạt nhân và trong lá chắn bức xạ xung quanh.
Cơ sở vi mô của sự khuếch tán là chuyển động khuếch tán (bước đi ngẫu nhiên) của từng hạt riêng lẻ. Chuyển động như vậy không dừng lại ngay cả khi J = 0. Bất kỳ chuyển động ban đầu nào của hạt trong môi trường cân bằng đều biến thành chuyển động nhiệt theo thời gian. Một hạt khuếch tán, chuyển động và liên tục thay đổi hướng chuyển động do va chạm (tán xạ trên các phân tử của môi trường), di chuyển ra xa trong thời gian t từ vị trí ban đầu của nó đến một khoảng cách có bình phương trung bình trên một số lượng lớn quỹ đạo bằng 6Dt. Hơn nữa, theo bất kỳ hướng nào, ví dụ dọc theo trục x, bình phương trung bình của quãng đường đã đi đều bằng 2Dt. Trong chất khí, D ≈ lv/3, trong đó l là quãng đường tự do trung bình của hạt, v là tốc độ truyền nhiệt trung bình của nó. Hệ số D, giống như đường tự do trung bình l, tỷ lệ nghịch với mật độ khí. Trong chất khí có mật độ bình thường l là khoảng 10 -4 -10 -5 cm, tốc độ nhiệt của các nguyên tử và phân tử (trừ hydro và heli) là một phần mười km/s trong điều kiện bình thường (ở nhiệt độ khoảng 0 °C). ). Theo đó, đối với các khí như vậy trong điều kiện bình thường D vào khoảng 0,1-1 cm 2 /s. Trong chất lỏng, chuyển động khuếch tán của hạt bao gồm các chuyển động từng đợt trên khoảng cách theo thứ tự kích thước của phân tử và các dao động nhỏ xung quanh các vị trí cân bằng tạm thời. Do thời gian cần thiết cho những dao động như vậy nên hệ số khuếch tán trong chất lỏng thấp hơn nhiều so với trong chất khí.
Trong chất rắn, sự khuếch tán còn bị cản trở bởi vị trí cố định của các nguyên tử trong môi trường tạo thành mạng tinh thể. Cơ chế khuếch tán trong chất rắn có thể là: trao đổi vị trí giữa hạt tạp chất và chỗ trống (lỗ trống) gần đó hoặc với nguyên tử lân cận của môi trường, chuyển động của hạt dọc theo các kẽ và các chuyển động tập thể phức tạp hơn. Những quá trình như vậy liên quan đến việc vượt qua những rào cản tiềm ẩn đáng kể. Do đó, hệ số khuếch tán trong chất rắn phụ thuộc rất nhiều (theo cấp số nhân) vào nhiệt độ. (Mô hình này, ít được biểu thị về mặt định lượng hơn, cũng là đặc trưng của chất lỏng.) Một ví dụ về sự khuếch tán chậm trong chất rắn: trong các ống trụ kim loại, ngay cả ở áp suất cao, chất khí được lưu trữ trong nhiều năm mà không bị rò rỉ đáng kể. Ở nhiệt độ thấp trong môi trường ngưng tụ, cơ chế xác định sự khuếch tán có thể là khuếch tán lượng tử (đường hầm) của các nguyên tử.
Một đặc tính đặc trưng của khuếch tán là không có ranh giới rõ ràng (phía trước) ngăn cách đám mây khuếch tán với môi trường mà nó lan truyền. Ví dụ, một ranh giới được thiết lập một cách nhân tạo tại thời điểm ban đầu, khi lớp vỏ được lấy ra ngay lập tức khỏi một giọt thuốc nhuộm cho vào nước, sẽ nhanh chóng bị xói mòn. Bình phương bán kính của hình cầu chứa phần lớn thuốc nhuộm tăng tỷ lệ thuận với thời gian. Theo đó, tốc độ tăng trưởng của bán kính giảm dần theo t -1/2. Một mô hình tương tự là đặc trưng của quá trình truyền nhiệt.
Sự khuếch tán của một hạt trong môi trường “của chính nó”, ví dụ, một phân tử nước trong nước hoặc một nguyên tử nhôm trong kim loại nhôm, được gọi là sự tự khuếch tán. Hệ số tự khuếch tán được đo bằng phương pháp chỉ thị đồng vị, đưa vào cục bộ đồng vị phóng xạ của một nguyên tử (phân tử) của môi trường đang nghiên cứu và quan sát sự phân phối lại của nó theo thời gian. Nguyên nhân của dòng khuếch tán có thể là gradient nhiệt độ (khuếch tán nhiệt), điện trường (khuếch tán điện), gradient áp suất trong vách ngăn vi mô hoặc trường hấp dẫn (khuếch tán barod). Trong những trường hợp này, trạng thái cân bằng nồng độ (không có dòng khuếch tán) đạt được ở ∇n ≠ 0, tức là với sự phân bố nồng độ không đồng nhất về mặt không gian. Trong plasma, sự khuếch tán của các hạt tích điện trên khoảng cách lớn hơn bán kính sàng lọc Debye xảy ra mà không vi phạm tính chất giả trung tính của plasma (khuếch tán lưỡng cực).
Ngoài sự khuếch tán của các hạt trong không gian, sự khuếch tán của các giả hạt, năng lượng, động lượng, v.v. được xem xét theo nghĩa tổng quát. trong không gian pha.
Khuếch tán đóng vai trò quan trọng (thường mang tính quyết định) trong nhiều hiện tượng tự nhiên và quy trình công nghệ.
Lít.: Groot S. de, Mazur P. Nhiệt động lực học không cân bằng. M., 1964; Haase R. Nhiệt động lực học của các quá trình không thể đảo ngược. M., 1967; Gray P. Vật lý của chất lỏng đơn giản. M., 1971. Phần 1: Lý thuyết thống kê.
Trong số rất nhiều hiện tượng vật lý, quá trình khuếch tán là một trong những hiện tượng đơn giản và dễ hiểu nhất. Rốt cuộc, mỗi buổi sáng, khi pha trà hoặc cà phê thơm, một người có cơ hội quan sát phản ứng này trong thực tế. Hãy cùng tìm hiểu thêm về quá trình này và các điều kiện để nó xảy ra ở các trạng thái tổng hợp khác nhau.
Khuếch tán là gì
Từ này đề cập đến sự xâm nhập của các phân tử hoặc nguyên tử của một chất giữa các đơn vị cấu trúc tương tự của chất khác. Trong trường hợp này, nồng độ của các hợp chất thâm nhập được cân bằng.
Quá trình này lần đầu tiên được mô tả chi tiết bởi nhà khoa học người Đức Adolf Fick vào năm 1855.
Tên của thuật ngữ này bắt nguồn từ tiếng Latin diffusio (tương tác, phân tán, phân phối).
Khuếch tán trong chất lỏng
Quá trình đang được xem xét có thể xảy ra với các chất ở cả ba trạng thái kết tụ: khí, lỏng và rắn. Để tìm những ví dụ thực tế về điều này, chỉ cần nhìn vào nhà bếp.
Borscht ninh trên bếp là một trong số đó. Dưới tác động của nhiệt độ, các phân tử glucosinbetanin (chất tạo nên màu đỏ tươi đậm cho củ cải) phản ứng đồng đều với các phân tử nước, tạo cho củ cải có màu đỏ tía độc đáo. Trường hợp này là trong chất lỏng.
Ngoài borscht, quá trình này cũng có thể được nhìn thấy trong một ly trà hoặc cà phê. Cả hai loại đồ uống này đều có màu sắc đồng đều, đậm đà do pha hoặc các hạt cà phê hòa tan trong nước, trải đều giữa các phân tử của nó, tạo màu cho nó. Hoạt động của tất cả đồ uống hòa tan phổ biến những năm 90 đều dựa trên cùng một nguyên tắc: Yupi, Mời, Zuko.
Sự thâm nhập của khí
Các nguyên tử và phân tử mang mùi đang chuyển động tích cực và kết quả là trộn lẫn với các hạt đã có trong không khí và phân tán khá đều khắp phòng.
Đây là biểu hiện của sự khuếch tán trong chất khí. Điều đáng chú ý là bản thân việc hít phải không khí cũng liên quan đến quá trình đang được xem xét, cũng như mùi thơm ngon của borscht mới chế biến trong nhà bếp.
Khuếch tán trong chất rắn
Bàn bếp, trên đó có hoa, được phủ một chiếc khăn trải bàn màu vàng tươi. Nó nhận được sắc thái tương tự do khả năng khuếch tán xảy ra trong chất rắn.
Quá trình tạo cho canvas một màu đồng nhất diễn ra theo nhiều giai đoạn như sau.
- Các hạt sắc tố màu vàng khuếch tán trong thùng thuốc nhuộm về phía vật liệu dạng sợi.
- Sau đó chúng được hấp thụ bởi bề mặt bên ngoài của vải được nhuộm.
- Bước tiếp theo là khuếch tán thuốc nhuộm một lần nữa, nhưng lần này vào các sợi vải.
- Cuối cùng, vải cố định các hạt sắc tố, do đó có màu.
Sự khuếch tán khí trong kim loại
Thông thường, khi nói về quá trình này, chúng ta xem xét sự tương tác của các chất ở trạng thái kết hợp giống hệt nhau. Ví dụ, sự khuếch tán trong chất rắn, chất rắn. Để chứng minh hiện tượng này, một thí nghiệm được tiến hành với hai tấm kim loại (vàng và chì) ép vào nhau. Sự thâm nhập lẫn nhau của các phân tử của chúng diễn ra trong một thời gian khá dài (một milimet trong 5 năm). Quá trình này được sử dụng để làm đồ trang sức khác thường.
Tuy nhiên, các hợp chất ở các trạng thái kết tụ khác nhau cũng có khả năng khuếch tán. Ví dụ, có sự khuếch tán khí trong chất rắn.
Trong các thí nghiệm, người ta đã chứng minh được rằng một quá trình tương tự cũng xảy ra ở trạng thái nguyên tử. Để kích hoạt nó, theo quy luật, cần phải tăng đáng kể nhiệt độ và áp suất.
Một ví dụ về sự khuếch tán khí như vậy trong chất rắn là ăn mòn hydro. Nó biểu hiện trong tình huống khi các nguyên tử hydro (H2) được tạo ra trong một số phản ứng hóa học dưới tác động của nhiệt độ cao (từ 200 đến 650 độ C) xâm nhập giữa các hạt cấu trúc của kim loại.
Ngoài hydro, sự khuếch tán oxy và các loại khí khác cũng có thể xảy ra trong chất rắn. Quá trình này, vô hình trước mắt, mang lại rất nhiều tác hại, vì các cấu trúc kim loại có thể sụp đổ vì nó.
Khuếch tán chất lỏng trong kim loại
Tuy nhiên, không chỉ các phân tử khí có thể xuyên qua chất rắn mà cả chất lỏng. Như trong trường hợp hydro, quá trình này thường dẫn đến ăn mòn (nếu chúng ta đang nói về kim loại).
Một ví dụ kinh điển về sự khuếch tán chất lỏng trong chất rắn là sự ăn mòn kim loại dưới tác dụng của nước (H 2 O) hoặc dung dịch điện phân. Đối với hầu hết mọi người, quá trình này quen thuộc hơn với cái tên rỉ sét. Không giống như ăn mòn hydro, trong thực tế nó xảy ra thường xuyên hơn nhiều.
Điều kiện để tăng tốc khuếch tán. Hệ số khuếch tán
Sau khi đã tìm ra những chất mà quá trình đang đề cập có thể xảy ra, cần tìm hiểu về các điều kiện cho sự xuất hiện của nó.
Trước hết, tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào trạng thái kết tụ của các chất tương tác. Phản ứng xảy ra càng lớn thì tốc độ của nó càng chậm.
Về vấn đề này, sự khuếch tán trong chất lỏng và chất khí sẽ luôn hoạt động mạnh hơn trong chất rắn.
Ví dụ, nếu tinh thể thuốc tím KMnO 4 (thuốc tím) được ném vào nước, chúng sẽ tạo ra màu đỏ thẫm tuyệt đẹp trong vòng vài phút. Tuy nhiên, nếu bạn rắc tinh thể KMnO 4 lên một tảng đá rồi cho tất cả vào ngăn đá tủ lạnh thì sau vài giờ thuốc tím sẽ không thể tạo màu hoàn toàn cho H 2 O đã đông lạnh.
Từ ví dụ trước chúng ta có thể rút ra một kết luận khác về các điều kiện khuếch tán. Ngoài trạng thái kết tụ, nhiệt độ còn ảnh hưởng đến tốc độ thẩm thấu của các hạt.
Để xem xét sự phụ thuộc của quá trình đang được xem xét vào nó, cần tìm hiểu về một khái niệm như hệ số khuếch tán. Đây là tên của đặc tính định lượng về tốc độ của nó.
Trong hầu hết các công thức, nó được biểu thị bằng chữ cái Latinh viết hoa D và trong hệ SI, nó được đo bằng mét vuông trên giây (m²/s), đôi khi tính bằng centimet trên giây (cm 2 /m).
Hệ số khuếch tán bằng lượng chất phân tán qua một đơn vị bề mặt trong một đơn vị thời gian, với điều kiện là sự chênh lệch về mật độ trên cả hai bề mặt (nằm ở khoảng cách bằng một đơn vị chiều dài) bằng 1. Tiêu chí xác định D là đặc tính của chất trong đó xảy ra quá trình phân tán hạt và loại của chúng.
Sự phụ thuộc của hệ số vào nhiệt độ có thể được mô tả bằng phương trình Arrhenius: D = D 0exp (-E/TR).
Trong công thức đang xem xét, E là năng lượng tối thiểu cần thiết để kích hoạt quá trình; T - nhiệt độ (đo bằng Kelvin, không phải độ C); R là hằng số khí, đặc trưng của khí lý tưởng.
Ngoài tất cả những điều trên, tốc độ khuếch tán trong chất rắn và chất lỏng trong chất khí bị ảnh hưởng bởi áp suất và bức xạ (cảm ứng hoặc tần số cao). Ngoài ra, phần lớn phụ thuộc vào sự có mặt của chất xúc tác; nó thường đóng vai trò là tác nhân kích hoạt sự phân tán tích cực của các hạt.
phương trình khuếch tán
Hiện tượng này là một loại phương trình vi phân từng phần đặc biệt.
Mục tiêu của nó là tìm ra sự phụ thuộc của nồng độ của một chất vào kích thước và tọa độ của không gian (trong đó nó khuếch tán), cũng như thời gian. Trong trường hợp này, hệ số đã cho đặc trưng cho tính thấm của môi trường đối với phản ứng.
Thông thường, phương trình khuếch tán được viết như sau: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x.
Trong đó φ(t và r) là mật độ vật chất tán xạ tại điểm r tại thời điểm t. D (φ, r) là hệ số khuếch tán tổng quát ở mật độ φ tại điểm r.
∇ là toán tử vi phân vectơ có các thành phần tọa độ là đạo hàm riêng.
Khi hệ số khuếch tán phụ thuộc vào mật độ, phương trình là phi tuyến. Khi không - tuyến tính.
Sau khi xem xét định nghĩa về khuếch tán và các đặc điểm của quá trình này trong các môi trường khác nhau, có thể lưu ý rằng nó có cả mặt tích cực và tiêu cực.
Khuếch tán được dịch từ tiếng Latin là phân phối hoặc tương tác. Khuếch tán là một khái niệm rất quan trọng trong vật lý. Bản chất của sự khuếch tán là sự xâm nhập của một số phân tử của chất này vào các phân tử khác. Trong quá trình trộn, nồng độ của cả hai chất được cân bằng tùy theo thể tích chúng chiếm giữ. Một chất di chuyển từ nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có nồng độ thấp hơn, do đó nồng độ cân bằng. Sau khi xem xét khuếch tán là gì, chúng ta nên chuyển sang các điều kiện có thể ảnh hưởng đến tốc độ xảy ra hiện tượng này.
Các yếu tố ảnh hưởng đến khuếch tán
Để hiểu sự khuếch tán phụ thuộc vào điều gì, chúng ta hãy xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến nó.
Sự khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ. Tốc độ khuếch tán sẽ tăng khi nhiệt độ tăng, vì khi nhiệt độ tăng, tốc độ chuyển động của các phân tử sẽ tăng lên, tức là các phân tử sẽ trộn lẫn với nhau nhanh hơn. Trạng thái kết tụ của một chất cũng sẽ ảnh hưởng đến yếu tố khuếch tán phụ thuộc vào, cụ thể là tốc độ khuếch tán. Khuếch tán nhiệt phụ thuộc vào loại phân tử. Ví dụ, nếu một vật thể là kim loại thì sự khuếch tán nhiệt xảy ra nhanh hơn nếu vật thể đó được làm bằng vật liệu tổng hợp. Sự khuếch tán giữa các vật liệu rắn xảy ra rất chậm. Khuếch tán có tầm quan trọng rất lớn trong tự nhiên và trong đời sống con người.
Ví dụ về khuếch tán
Để hiểu rõ hơn về khuếch tán là gì, chúng ta hãy xem xét nó bằng các ví dụ. Các phân tử của các chất, bất kể trạng thái kết tụ của chúng, đều luôn chuyển động. Do đó, sự khuếch tán xảy ra trong chất khí, có thể xảy ra trong chất lỏng và cả chất rắn. Khuếch tán là sự trộn lẫn các chất khí. Trong trường hợp đơn giản nhất, đây là sự lây lan của mùi hôi. Nếu bạn cho một loại thuốc nhuộm nào đó vào nước, sau một thời gian chất lỏng sẽ có màu đều. Nếu hai kim loại tiếp xúc thì tại ranh giới tiếp xúc, các phân tử của chúng sẽ trộn lẫn.
Vì vậy, khuếch tán là sự pha trộn các phân tử của một chất trong quá trình chuyển động nhiệt ngẫu nhiên của chúng.
Trong một trường học tổng hợp, mỗi học sinh lớp 7 phải làm quen với nhiều hiện tượng vật lý khác nhau có thể gặp trong cuộc sống hàng ngày và trong điều kiện công nghiệp.
Bài này viết về sự khuếch tán. Ban đầu, thuật ngữ này có vẻ đáng sợ, có điều gì đó bất thường. Trên thực tế, đó là một trong những hiện tượng thường xuyên gặp phải nhất, hay nói đúng hơn là nó diễn ra liên tục và ở khắp mọi nơi. Chúng ta hãy xem khuếch tán là gì trong vật lý, đồng thời chúng tôi sẽ đưa ra nhiều ví dụ để làm rõ: không có gì phức tạp, và chủ đề trong môn học ở trường khá đơn giản và thú vị.
định nghĩa khuếch tán
Trong các nguồn khác nhau, bạn có thể tìm thấy cách diễn đạt khác nhau, nhưng cách diễn đạt không làm mất đi ý nghĩa ban đầu của nó.
Khuếch tán là hiện tượng trong đó các phân tử của chất này xuyên qua các phân tử của chất khác. Học sinh có thể thấy cụm từ này quá khó hiểu và phức tạp. Nhưng trên thực tế, mọi thứ khá dễ dàng. Như bạn đã biết, phân tử là hạt nhỏ nhất của bất kỳ chất nào (ngay cả không khí và khí cũng có nó). Mỗi phân tử được kết nối với nhau bằng liên kết cấu trúc. Cấu trúc càng dày đặc thì cơ thể càng cứng. Như vậy, sự xâm nhập của các phân tử của chất này vào phân tử của chất khác sẽ dễ dàng hơn trong trường hợp có cấu trúc đơn giản nhất hoặc các phân tử tồn tại tự do.
Đó là lý do tại sao định nghĩa nghe có vẻ như vậy. Khuếch tán trong vật lý là gì? Nói một cách đơn giản: sự kết nối, sự thâm nhập của hai chất vào nhau. Kết quả là một tổng thể duy nhất được hình thành.
Khí ga và không khí
Hãy bắt đầu bằng cách xem xét các ví dụ về các hợp chất phân tử đơn giản như chất khí. Thực tế là không khí dễ thay đổi nhất. Ví dụ, bạn xịt nước hoa trong phòng. Ngay lập tức hoặc sau vài giây bạn đã có thể cảm nhận được mùi thơm. Trong trường hợp này, chúng ta đã có thể trả lời câu hỏi khuếch tán là gì.
Trong vật lý, tất cả các chất được chia thành ba trạng thái chính:
- khí;
- chất lỏng;
- chất rắn.
Theo đó, trạng thái khí có khả năng phản ứng khá nhanh.
Hãy lấy một ví dụ khác: mùi sơn lan tỏa khắp nơi khi sơn sản phẩm. Khí thải ô tô cũng khuếch tán ra môi trường, do đó, thật không may, môi trường bị ảnh hưởng và không khí ở các thành phố lớn nhỏ bị ô nhiễm.
Điều đáng chú ý là không khí có tính di động, các phân tử của nó chuyển động không ngừng. Do đó, sự khuếch tán với bất kỳ chất khí lạ nào xảy ra liên tục.
Nước
Bây giờ chúng ta hãy xem xét ngắn gọn sự khuếch tán trong vật lý là gì liên quan đến Hãy tưởng tượng một bình chứa nước. Thêm một ít thuốc tím hoặc thuốc nhuộm vào đó. Quá trình này có thể được quan sát cho đến khi nước có màu hoàn toàn. Cần lưu ý rằng sự khuếch tán xảy ra nhanh hơn nhiều trong nước nóng. Điều này có thể được chứng minh bằng một tách trà hoặc cà phê thông thường. Nếu bạn thêm đường vào nước nóng, nó sẽ tan nhanh. Khi kem được thêm vào cà phê nóng, cà phê và nước cũng như kem sẽ nhanh chóng hòa vào nhau.
Khi nấu súp, nước dùng và nước sốt, sự khuếch tán cũng được quan sát thấy. Cần lưu ý rằng việc xử lý nhiệt thực phẩm (cụ thể là nấu ăn) thường xảy ra chính xác nhất vì cần phải kết hợp chất này với chất khác. Giả sử nước luộc gà sẽ không có tác dụng trong nước lạnh, vì nước thịt phải tương tác với nước nóng.
Sản phẩm rắn trong công nghiệp
Có một trạng thái của vật chất mà không thể xác định được nó là rắn hay lỏng. Điều này không có nghĩa là sự vật, mà là tổng thể. Ví dụ như bột làm bánh pancake, đất sét lỏng, dầu đặc. Sự khuếch tán trong vật lý liên quan đến các sản phẩm đó là gì? Sự thâm nhập của các phân tử cũng sẽ được duy trì. Ví dụ, trong sản xuất hợp kim và nhựa, nhiều loại vật liệu khác nhau được sử dụng ở trạng thái lỏng, ở dạng rắn tự nhiên. Nhưng khi đun nóng, chúng trở thành chất lỏng, các phân tử của chúng có khả năng xuyên qua nhau tức là sẽ có hiện tượng khuếch tán. Vì vậy, có rất nhiều sản phẩm, vật liệu bằng thép, nhựa bền.
Khuếch tán trong chất rắn
Trước đây, chúng ta đã xem xét định nghĩa khuếch tán trong vật lý là gì, bây giờ chúng ta đã biết. Về mặt logic, không thể có sự khuếch tán trong chất rắn. Điều này đúng một phần. Nhưng có bằng chứng cho thấy khi một số chất liên tục được lưu trữ cùng nhau, chúng sẽ trở thành một.
Ví dụ, nếu bạn đặt chì và vàng vào một hộp sao cho chúng ép chặt vào nhau thì sau khoảng 5 năm chúng sẽ được kết nối với nhau bằng bề mặt. Do đó, trả lời câu hỏi khuếch tán là gì trong vật lý, chúng ta sẽ xem xét hoàn toàn tất cả các chất, nhưng chỉ có một trạng thái.
Quá trình hóa học
Tóm lại, điều đáng chú ý là hiện tượng khuếch tán được nghiên cứu trong hóa học và thậm chí cả trong sinh học. Vì vậy, bạn có thể gặp thuật ngữ này không chỉ trong vật lý. Các nhà hóa học trong phòng thí nghiệm liên tục tiến hành các thí nghiệm khác nhau trong đó không thể thực hiện được quy trình như vậy nếu không có. Nhưng chủ đề chính được đề cập ở lớp 7. Khuếch tán trong vật lý và hóa học là gì? Đây là hiện tượng khá phổ biến trong tự nhiên, trong đời sống hằng ngày cũng như trong quá trình sản xuất ra một vật gì đó.
Mọi thứ xảy ra với chúng ta và xung quanh chúng ta luôn khơi dậy sự thích thú. Một quá trình thú vị được nhiều người quan tâm là khuếch tán. Nếu bạn quan tâm đến khuếch tán là gì thì bài viết của chúng tôi sẽ hữu ích.
Khuếch tán là gì?
Khuếch tán là quá trình hỗn hợp di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Lý do cho điều này là sự chuyển động của các nguyên tử và phân tử. Thông thường nguyên nhân là do nhiệt, dưới ảnh hưởng của toàn bộ quá trình xảy ra. Nó kết thúc khi gradient nồng độ kết thúc.
Sự khuếch tán của chất khí và chất lỏng xảy ra nhanh chóng, điều này không xảy ra với chất rắn. Điều này dễ dàng nhận thấy trong cuộc sống hàng ngày, vì nước nóng nhanh hơn nhiều so với nhựa nóng chảy. Để so sánh, nhiều người trộn nó với thuốc tím, chất này tạo màu cho chất lỏng trong vài giây. Nhưng điều này không còn có thể làm được với plasticine nữa. Nếu trộn lẫn hai mảnh nhựa thì để chúng tương tác với nhau phải tốn rất nhiều công sức. Điều này một lần nữa khẳng định rằng tốc độ khuếch tán có thể khác nhau. Vật liệu tổng hợp có khả năng khuếch tán yếu, còn vật liệu kim loại thì ngược lại.
Các hạt luôn có mặt trong một chất có thể khuếch tán. Các chất lạ cũng dễ bị ảnh hưởng bởi quá trình này.
Làm thế nào để gây ra sự khuếch tán?
Để sự khuếch tán xảy ra trong chất khí và chất lỏng, phải áp dụng chuyển động Brown. Nó đại diện cho sự chuyển động của các phân tử dưới tác động của nhiệt độ cao.
Một máy bơm khuếch tán có thể được sử dụng để gây ra sự khuếch tán chất rắn. Nó chứa dầu nóng lên và bốc lên, sau đó xảy ra hiện tượng bơm. Tại thời điểm này, hơi đi lên và đi xuống qua các kênh bơm đặc biệt để làm mát. Trên đường đi, họ thu giữ khí và mang theo bên mình. Hơi nước ngưng tụ và chảy vào một thùng chứa đặc biệt. Tất cả điều này cho phép bạn đạt được áp lực tối thiểu.
Các loại khuếch tán
Khuếch tán có thể là:
- keo;
- đối lưu;
- lượng tử;
- hỗn loạn.
Loại khuếch tán đầu tiên là một quá trình xảy ra trong chất rắn. Dòng chảy rối là sự chuyển động của các hạt nhỏ trong dòng chảy rối. Khuếch tán lượng tử xảy ra ở nơi nhiệt độ rất thấp và có sự ngưng tụ. Khuếch tán đối lưu xảy ra khi các hạt di chuyển trong môi trường cũng đang chuyển động với một tốc độ cụ thể.
Thường có thể quan sát cách khuếch tán đề cập đến hiện tượng trong đó các hạt không được chuyển giao. Ví dụ, trong quang học người ta có thể gặp quá trình truyền bức xạ trong một môi trường không đồng nhất. Quá trình này phải đi kèm với sự hấp thụ các photon, gọi là sự khuếch tán.
Bạn có thể thấy sự khuếch tán ở đâu trong cuộc sống?
Ví dụ dễ dàng nhất về cách hoạt động của sự khuếch tán là hơi thở của chúng ta. Oxy đi vào phổi của chúng ta khi chúng mở ra và sau đó di chuyển vào máu. Với sự trợ giúp của sự khuếch tán, carbon dioxide không tích tụ xung quanh người mà được trộn với oxy và phân tán đều trong không khí. Quá trình này có thể được quan sát thấy trong các lĩnh vực khác của cuộc sống.
