Коефициентът на дифузия е къде и колко

Лято! Слънцето, топлината, миризмата на прясно изсечена трева във въздуха. Тревата е отдалечена оттук, а миризмата се усеща. Това е физиката, подобно явление се нарича дифузия. И то се дефинира като проникването на частици от съседни вещества един в друг. Например, както сега, тревата докосва въздуха и мирисът от нарязаната трева се разпространява далече от мястото за косене. А, характеризиращ се със сходен процес, обикновено е толкова голям, колкото дифузионния коефициент.

Можем да кажем, че всичко, което се случва около нас, до голяма степен е свързано с процесите на взаимно проникване. Благодарение на този феномен ние дори живеем. И какво е толкова изненадващо? Проникване на кислород или хранителни вещества в кръвта - това е най-реалната дифузия, едно вещество прониква в друга. Разпространението в природата е много по-широко, отколкото ни се струва. Такова явление не е нещо екзотично, а напротив, то е широко представено в околния свят. Дори фактът, че издишният въздух не се натрупва наоколо, но се разсейва в космоса, също е причинен от дифузия.

Може да има взаимно проникване в различни тела - течни, газообразни, твърди. Нейната причина е хаотичното движение на молекулите на материята. Между другото, подобно явление като дифузия се счита за един от факторите, които го подкрепят в молекулярко-кинетичната теория. Така че, връщайки се към общото състояние на тялото: степента на проникване на дадено вещество зависи от него агрегатно състояние и от такава стойност като дифузионния коефициент.

Каква е тази мистериозна концепция? Това е името на количествената характеристика на скоростта на трансфер на молекули на едно вещество към друго вещество. Дифузионният коефициент, чиято формула е достатъчно специфична, дава възможност да се прецени количеството вещество, което е преминало през единица площ (квадратен метър) за единица време (втори).

На практика е установено, че при взаимните газове, взаимното проникване се извършва при най-високата скорост, докато в твърдите вещества степента на проникване е минимална. Коефициентът на дифузия се влияе от телесната температура и взаимната концентрация на веществата наблизо. С повишаването на температурата процентът на взаимно проникване се увеличава, като нараства концентрацията на материята.

По този начин феноменът на взаимното проникване се дължи на т.нар. Концентрационен градиент или температурен градиент. По вид, дифузията е разделена на свободна и принудена. Принудително възниква под въздействието на външни сили. В зависимост от техния тип, принудителната дифузия се определя като термо-, електро-, баро- и възходяща.

Дифузията се използва широко в инженеринга. Един от най-типичните примери е дифузионно заваряване. Същността на тази технология е проста: свържете две различни тела (нека да бъдат два метала) и след това ги подлагайте на налягане и температура. Последният е по-малък от точката на топене на веществата.

Резултатът е комбинация от два различни материала. Тази технология се използва широко при разработването на инструменти и електронната индустрия, при производството на големи детайли на трудната форма, при експериментално и дребномащабно производство. Такова заваряване може да се извърши при различни условия, до условия на вакуум, всички определени от специфичните изисквания, наложени на готовия продукт.

Друго, не по-малко разпространено използване на феномена на дифузия е използването му за производството на полупроводникови структури. Една от технологиите за създаване на PN връзки се основава на явлението взаимно проникване. Под въздействието на високите температури, приближава точка на топене, в кристалната структура се получават региони с желаната концентрация на примеси.

Разглеждането на понятието "дифузионен коефициент" направи възможно да се провери изключително широкото разпространение на явлението взаимно проникване на вещества в природата, както и в различни версии на използването му в инженерството.