Политика   |   Экономика   |   В мире   |   Происшествия   |   Природа   |   Социум   |   Онлайн

Что такое коэффициент диффузии?

Солнце, тепло, в воздухе запах свежескошенной травы. Трава вон как далеко отсюда, а запах чувствуется. Это уже физика, подобное явление называется диффузией. И определяется оно как проникновение частиц соприкасающихся веществ друг в друга. Например, как сейчас, трава соприкасается с воздухом, и запах от скошенной травы распространяется по воздуху далеко от места косьбы. А характеризуется подобный процесс обычно такой величиной, как коэффициент диффузии.

Можно сказать, что всё происходящее вокруг нас во многом связано с процессами взаимопроникновения. Благодаря такому явлению мы даже живем. А что тут удивительного? Проникновение кислорода или питательных веществ в кровь – это и есть самая настоящая диффузия, одно вещество проникает в другое. Распространена диффузия в природе гораздо шире, чем нам кажется. Подобное явление не является чем-то экзотическим, а наоборот, достаточно широко представлено в окружающем мире. Даже то, что выдыхаемый человеком воздух не скапливается вокруг, а рассеивается в пространстве, тоже обусловлено диффузией.

Происходить взаимопроникновение может в самых разных телах – жидких, газообразных, твердых. Его причиной служит хаотическое движение молекул вещества. Кстати, такое явление, как диффузия считается в молекулярно-кинетической теории одним из факторов, подтверждающих ее. Так вот, возвращаясь к агрегатному состоянию тела: скорость проникновения вещества зависит от его агрегатного состояния и от такой величины, как коэффициент диффузии.

Что же это за таинственное понятие? Так называется количественная характеристика скорости переноса молекул одного вещества в какое-либо другое. Коэффициент диффузии, формула которого достаточно специфична, позволяет провести оценку количества вещества, прошедшего через единицу площади (квадратный метр) за единицу времени (секунду).

На практике установлено, что в газах взаимное проникновение происходит с наибольшей скоростью, а в твердых телах скорость проникновения минимальна. На коэффициент диффузии оказывают влияние температура тела и взаимная концентрация находящихся рядом веществ. С ростом температуры скорость взаимопроникновения увеличивается, с ростом концентрации вещества – тоже.

Таким образом, явление взаимопроникновения обусловлено так называемым градиентом концентрации или градиентом температуры. По типу диффузия разделяется на свободную и вынужденную. Вынужденная возникает под воздействием внешних сил. В зависимости от их вида вынужденную диффузию определяют как термо-, электро-, баро- и восходящую.

Диффузия широко используется в технике. Один из самых типичных примеров – диффузионная сварка. Суть подобной технологии проста: соединяют два различных тела (пусть это будут два металла), а затем подвергают их воздействию давления и температуры. Последняя по своей величине меньше, чем температура плавления веществ.

В итоге получается соединение двух разнородных материалов. Такая технология широко применяется в приборостроении и электронной промышленности, при изготовлении крупногабаритных деталей сложной формы, в опытном и мелкосерийном производстве. Подобная сварка может проводиться в разных условиях, вплоть до условий вакуума, все определяется конкретными требованиями, предъявляемыми к готовому изделию.

Другим, не менее распространенным, использованием явления диффузии является его применение для получения полупроводниковых структур. Одна из технологий создания р-n переходов основана на явлении взаимопроникновения. Под воздействием высоких температур, приближающихся к температуре плавления, в кристаллической структуре получают области с нужной концентрацией примесей.

Рассмотрение понятия «коэффициент диффузии» позволило убедиться в чрезвычайно широком распространении явления взаимопроникновения веществ в природе, а также в разнообразных вариантах его использования в технике.