Каэфіцыент дыфузіі - куды і колькі

Лета! Сонца, цяпло, у паветры пах свежескошенной травы. Трава вунь як далёка адсюль, а пах адчуваецца. Гэта ўжо фізіка, падобная з'ява называецца дыфузіяй. І вызначаецца яно як пранікненне часціц датыкальных рэчываў сябар у сябра. Напрыклад, як цяпер, трава датыкаецца з паветрам, і пах ад скошанай травы распаўсюджваецца па паветры далёка ад месца касьбы. А характарызуецца падобны працэс звычайна такі велічынёй, як каэфіцыент дыфузіі.

Можна сказаць, што ўсё, што адбываецца вакол нас шмат у чым звязана з працэсамі ўзаемапранікнення. Дзякуючы такой з'явы мы нават жывем. А што тут дзіўнага? Пранікненне кіслароду або пажыўных рэчываў у кроў - гэта і ёсць самая сапраўдная дыфузія, адно рэчыва пранікае ў іншае. Распаўсюджана дыфузія ў прыродзе значна шырэй, чым нам здаецца. Падобная з'ява не з'яўляецца чымсьці экзатычным, а наадварот, досыць шырока прадстаўлена ў навакольным свеце. Нават тое, што выдыханае чалавекам паветра не запасіцца вакол, а рассейваецца ў прасторы, таксама абумоўлена дыфузіяй.

Адбывацца узаемапранікненне можа ў самых розных целах - вадкіх, газападобных, цвёрдых. Яго прычынай служыць хаатычны рух малекул рэчыва. Дарэчы, такая з'ява, як дыфузія лічыцца ў малекулярна-кінетычнай тэорыі адным з фактараў, якія пацвярджаюць яе. Дык вось, вяртаючыся да агрэгатным стане цела: хуткасць пранікнення рэчыва залежыць ад яго агрэгатнага стану і ад такой велічыні, як каэфіцыент дыфузіі.

Што ж гэта за таямнічая паняцце? Так называецца колькасная характарыстыка хуткасці пераносу малекул аднаго рэчыва ў якое-небудзь іншае. Каэфіцыент дыфузіі, формула якога досыць спецыфічная, дазваляе правесці ацэнку колькасці рэчыва, які прайшоў праз адзінку плошчы (квадратны метр) за адзінку часу (секунду).

На практыцы ўстаноўлена, што ў газах ўзаемнае пранікненне адбываецца з найбольшай хуткасцю, а ў цвёрдых целах хуткасць пранікнення мінімальная. На каэфіцыент дыфузіі аказваюць уплыў тэмпература цела і ўзаемная канцэнтрацыя якія знаходзяцца побач рэчываў. З ростам тэмпературы хуткасць ўзаемапранікнення павялічваецца, з ростам канцэнтрацыі рэчывы - таксама.

Такім чынам, з'ява ўзаемапранікнення абумоўлена гэтак званым градыентам канцэнтрацыі або градыентам тэмпературы. Па тыпу дыфузія падзяляецца на свабодную і вымушаную. Вымушаная ўзнікае пад уздзеяннем знешніх сіл. У залежнасці ад іх віду вымушаную дыфузію вызначаюць як тэрмады-, электра-, баро- і ўзыходзячую.

Дыфузія шырока выкарыстоўваецца ў тэхніцы. Адзін з самых тыповых прыкладаў - дыфузійная зварка. Сутнасць падобнай тэхналогіі простая: злучаюць два розных цела (няхай гэта будуць два металу), а затым падвяргаюць іх уздзеянню ціску і тэмпературы. Апошняя па сваёй велічыні менш, чым тэмпература плаўлення рэчываў.

У выніку атрымліваецца злучэнне двух разнастайных матэрыялаў. Такая тэхналогія шырока ўжываецца ў прыборабудаванні і электроннай прамысловасці, пры вырабе буйнагабарытных дэталяў складанай формы, у дасведчаным і мелкасерыйная вытворчасць. Падобная зварка можа праводзіцца ў розных умовах, аж да ўмоў вакууму, усё вызначаецца канкрэтнымі патрабаваннямі, што прад'яўляюцца да гатовага выраба.

Іншым, не менш распаўсюджаным, выкарыстаннем з'явы дыфузіі з'яўляецца яго ўжыванне для атрымання паўправадніковых структур. Адна з тэхналогій стварэння р-n пераходаў заснавана на з'яве ўзаемапранікнення. Пад уздзеяннем высокіх тэмператур, надыходзячых да тэмпературы плаўлення, у крышталічнай структуры атрымліваюць вобласці з патрэбнай канцэнтрацыяй прымешак.

Разгляд паняцці «каэфіцыент дыфузіі" дазволіла пераканацца ў надзвычай шырокім распаўсюдзе з'явы ўзаемапранікнення рэчываў у прыродзе, а таксама ў разнастайных варыянтах яго выкарыстання ў тэхніцы.