Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Учебные материалы
для студентов и школьников

Диффузия тела

  1. Примеры явления диффузии
  2. Диффузия тел на поверхности
  3. Диффузия твердых тел
Определение 1
Диффузией тела или рассеиванием называют процесс проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами и атомами другого при их взаимодействии. Данный процесс происходит из-за самопроизвольного выравнивания концентрация каждого вещества в предоставленном объеме.

Вещества могут проникать друг в друга, либо одно из них может проникать в другое. Если концентрация одного вещества распределена равномерно, а второго – не равномерно, то перемещение молекул второго вещества будет происходить в направлении от большей концентрации к меньшей. Иными словами, в сторону, противоположную направлению вектора градиента концентрации.

Примеры явления диффузии

Диффузия может происходить с телами во всех трех агрегатных состояниях. Самыми распространенными и наглядными примерами диффузии тел являются:

  • смешивание газообразных веществ, например, распространение запаха;
  • смешивание жидкостей, например, когда капля краски попадает в воду и окрашивает её;
  • смешивание твёрдых тел. Атомы и молекулы двух металлов будут смешиваться в точке контакта.

Важным явлением диффузия является в физике плазмы. Быстрота протекания процесса диффузии зависит от многих факторов. Если рассмотреть металлический стержень, то тепловая диффузия в нём будет происходить очень быстро. А в случае со стержнем, изготовленным из синтетических материалов, скорость тепловой диффузии будет намного меньшей.

Ещё меньшей будет скорость диффузии твердых веществ. Когда медь покрывают золотом, наблюдается диффузия золота в медь. Однако, в условиях нормального атмосферного давления при комнатной температуре наблюдается крайне медленный процесс диффузии, толщиной всего несколько микрон на протяжении 1000 лет.

banner

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

Еще один пример диффузии – это наложение слитка из свинца на слиток из золота. При этом через 5 лет под воздействием свинца слиток золота прогнётся на 1 см, что говорит об их диффузии.

Диффузия тел на поверхности

Замечание 1
Поверхностной диффузией называется такой процесс диффузии, который связан с движением частичек (атомов и молекул), как и при объемной диффузии, что происходит на поверхностях конденсированных тел, и ограничен первым поверхностным атомным или молекулярным слоем.

Способность перемещаться в процессе поверхностной диффузии имеют сами атомы, находящиеся в структуре твёрдого тела, и адсорбированные частицы, которые могут быть представлены кластерами, молекулами или атомами.

Зачастую поверхностные частицы активизируется под воздействием случайных тепловых флуктуаций. При наличии градиента концентрации, в случае поверхностной концентрации, случайно блуждающие частицы, если их много, провоцируют усредненное диффузионное перемещение в сторону, противоположную направлению градиента.

Процесс диффузии происходит под влиянием взаимодействия диффундирующих частиц, формирования поверхностных фаз (реконструкций), присутствия дефектов разнообразного характера и прочих факторов.

Явление поверхностной диффузии является определяющим при увеличении тонкой пленки, формировании наноструктур на поверхностях спекания керамики и в ряде других случаев.

Диффузия твердых тел

При комнатной температуре процесс диффузии твердых тел протекает практически незаметно. Если один металл покрыт тонким слоем другого металла, то их диффузия не будет видимой на протяжении длительного времени.

В то же время, если начать нагревать эти металлы до высоких температур, то процесс диффузии ускорится во много раз и станет заметным. Атомы одного металла будут проникать в середину другого с видимой скоростью.

Данное явление применяется, например, при изготовлении полупроводников для улучшения их свойств. При этом в полупроводник под воздействием высоких температур вводят специальные легирующие примеси.

Для лучшего понимания процесса диффузии твердых тел необходимо знать основные сведения об их кристаллической решетке. В равновесном состоянии вещества его атомы совершают колебательные движения в узлах кристаллической решетки. В идеальной кристаллической решетке все эти узлы совершенно одинаковы и процесс диффузии в принципе невозможен. Но в кристаллических решетках реальных веществ при определённой температуре присутствует некоторое количество термических дефектов, которые проявляются как нарушения кристаллической структуры.

При повышении температуры вещества происходит процесс возрастания равновесных концентраций вакансий и отдельных атомов, а при понижении температуры начинают исчезать некоторые дефекты на стоках. Такими стоками могут быть и другие дефекты кристаллической решетки, к примеру, дислокации.

При наличии подобных дефектов кристаллической решетки процесс диффузии в твердых телах становится более или менее понятным.

Сложно разобраться самому?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

banner

Допустим, рядом с атомом в кристаллической решетке находится вакантный узел. В этой ситуации колеблющийся атом может перескочить из своего узла решетки в вакантный узел в соответствии с "вакансионным механизмом диффузии". При отсутствии внешних воздействий данный процесс будет определять неравновесная характеристика образца, например, градиент температуры. При этом каждое значение температуры соответствует определённому количеству таких вакантных узлов:

\(n_{ву} = exp⁡({-E_{ву} \over kT}),\)

где \(E_{ву}\) – энергия, затрачиваемая на образование одного вакантного узла.

Для всех температур, ниже точки плавления, равновесное число вакантных узлов составляет значение, в разы меньшее, нежели количество узлов кристаллической решетки:

\({n_{ву}\over N}=1.\)

Под воздействием внешних сил процесс диффузии происходит несколько иначе. Рассмотрим пример воздействия силы электрического поля на ионный кристалл. При этом ионная электропроводность и коэффициент диффузии будут связаны соотношением Эйнштейна:

\(D=f {σkT\over Nq^2},\)

где \(f\) – поправочный коэффициент;

      \(N\) – ионная концентрация.

Таким образом, под воздействием электрического поля при наличии градиента ионной концентрации в кристалле возникнет ток плотности:

\(σ=qN(x) B_И,\)

где \(σ\) – величина удельной электропроводности;

      \(B_И\) – двигательная активность ионов.

В условиях статического равновесия полный ток будет приравниваться к нулю.

\(E= {-dU \over dx},\)

где \(U\) – потенциал электрического поля в условиях равновесия.

\(-qN(x) B_И {dU\over dx}=qD{dN\over dx}.\)

В результате получается

\(D=B_И {kT \over q}={σkT \over Nq^2}\)

В данном процессе наблюдается отступление в ионных кристаллах от обычного соотношения удельной электропроводности и коэффициента диффузии. Поэтому в данной формуле содержится поправочный коэффициент \(f\). Таким образом, в процессе диффузии посредством замещения вакантных узлов коэффициент диффузии помеченного атома будет зависеть от корреляции его скачков.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

1 000 +
Новых заказов каждый день
computer

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

guarantees

Безопасная сделка

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

guarantees_shield

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Отзывы студентов о нашей работе

445 716 оценок star star star star star
среднее 4.9 из 5
СИБИТ
Просто умничка и большая молодец. Я говорю огромное спасибо. Не сомневайтесь специалист от...
star star star star star
Иргау
Спасибо огромное Ирина, все было сделано в лучшем виде и раньше, чем я ожидал)
star star star star star
АГТУ
Заказ был выполнен досрочно по моей просьбе. Советую этого исполнителя.
star star star star star
Вы студент и хотите заказать работу, прямо сейчас без наценки и посредников?
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Используя «Всё сдал!», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:

Вход или
регистрация
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно