Что такое диффузия в физике?
Любой объект или вещество материального мира состоят из мельчайших молекул — и те пребывают в непрерывном движении. В повседневной жизни мы часто наблюдаем процесс смешения некоторых веществ, жидкостей или газов — например, видим, как кофе растворяется в воде, чувствуем, как запах распространяется по комнате, и так далее. Физически эти процессы обусловлены именно смешением молекул двух веществ — и называется такое смешение диффузией.
Диффузия — из-за чего она происходит, и какой бывает?
При температуре окружающей среды выше абсолютного нуля — то есть, при любых условиях на Земле — молекулы веществ непрерывно хаотично двигаются, перемещаются в пространстве, сталкиваются и меняют свое направление. Обусловлено это тем, что все в природе стремится к равновесию.
Если в одном уголке комнаты велика концентрация молекул какого-либо газообразного вещества, то эти молекулы будут стремиться проникнуть в незанятое пространство. А молекулы двух жидкостей, если одновременно налить их в стакан, попытаются занять все доступное место — и соответственно, перемешаются.
Диффузию дополнительно ускоряют внешние воздействия и повышение температуры — при высокой температуре процесс происходит быстрее.
Диффузия и агрегатные состояния тел
Процесс смешения происходит между молекулами практически любых тел и веществ, в каком бы агрегатном состоянии они ни находились. Но конечно, состояние влияет на скорость диффузии.
- Быстрее всего перемешиваются между собой молекулы газов. Этот феномен мы наблюдаем ежедневно, пользуясь освежителем воздуха или готовя вечерний ужин на плите — запахи распространяются по помещению мгновенно.
- Медленнее, чем газы, но все равно быстро, перемешиваются жидкости. Например, холодное молоко растворится в горячем кофе за пару минут, при помешивании — намного быстрее. В школе на уроках физики ученикам демонстрируют эксперимент с медным купоросом — синюю жидкость добавляют в воду, и через несколько дней раствор приобретает равномерный голубоватый оттенок.
- Медленнее всего происходит диффузия в твердых телах. Однако процесс все равно идет, и это неоднократно доказано опытами. Например, если положить друг на друга и плотно прижать два бруска металла, то через несколько лет между ними образуется тонкий слой, в котором молекулы обоих металлов будут перемешаны друг с другом. Диффузия мягких металлов происходит быстрее, твердых — намного медленнее.