Повторим изученное, страница 60, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Строение вещества. Параграф 15. Использование диффузии для решения практических задач - страница 60.

Условие.

• Что такое диффузия?

Решение.

Диффузия — это процесс взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. В более общем смысле, это перенос частиц из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией.

В основе явления диффузии лежит хаотическое тепловое движение частиц вещества (атомов, молекул, ионов). Каждая частица движется беспорядочно, постоянно сталкиваясь с другими частицами и меняя направление своего движения. Хотя движение каждой отдельной частицы случайно, совокупное перемещение большого числа частиц из области, где их больше (высокая концентрация), в область, где их меньше (низкая концентрация), является статистически преобладающим. Этот процесс продолжается до тех пор, пока концентрация вещества не станет одинаковой во всём объёме, то есть пока не установится равновесие.

Диффузия происходит во всех агрегатных состояниях вещества:
В газах диффузия протекает наиболее быстро, так как молекулы газа имеют большие скорости и находятся на значительных расстояниях друг от друга, что облегчает их свободное перемещение. Пример: распространение запаха духов в комнате.
В жидкостях процесс идёт значительно медленнее. Молекулы расположены близко друг к другу, и их движение затруднено постоянными столкновениями. Пример: растворение сахара или капли чернил в стакане воды.
В твёрдых телах диффузия протекает крайне медленно, поскольку атомы или ионы прочно связаны в кристаллической решётке и могут перемещаться только при наличии дефектов в ней или меняясь местами с соседними атомами. Этот процесс значительно ускоряется при повышении температуры. Пример: сварка металлов давлением, когда атомы одного металла проникают в другой.

Скорость диффузии зависит от нескольких факторов:
1. Температура: С повышением температуры средняя кинетическая энергия частиц увеличивается, они начинают двигаться быстрее, и, как следствие, скорость диффузии возрастает.
2. Масса частиц: Более лёгкие частицы движутся быстрее и диффундируют быстрее, чем тяжёлые (при одинаковой температуре). Это описывается законом Грэма: скорость диффузии газа обратно пропорциональна квадратному корню из его молярной массы $\text{M}$: $v \propto \frac{1}{\sqrt{M}}$.
3. Агрегатное состояние и свойства среды: Как уже упоминалось, в газах диффузия быстрее, чем в жидкостях и твёрдых телах. Вязкость среды также влияет на скорость: в более вязкой среде диффузия замедляется.
4. Градиент концентрации: Чем больше разница концентраций между двумя областями, тем выше скорость диффузии.

Математически процесс диффузии описывается законами Фика.

Первый закон Фика связывает диффузионный поток (количество вещества, проходящего через единицу площади в единицу времени) с градиентом концентрации:
$J = -D \frac{\partial C}{\partial x}$
где $\text{J}$ — плотность диффузионного потока, $\text{D}$ — коэффициент диффузии, а $\frac{\partial C}{\partial x}$ — градиент концентрации. Знак "минус" указывает, что поток направлен в сторону уменьшения концентрации.

Второй закон Фика описывает изменение концентрации со временем в результате диффузии:
$\frac{\partial C}{\partial t} = D \frac{\partial^2 C}{\partial x^2}$
Этот закон показывает, как со временем сглаживаются неоднородности в распределении концентрации.

Ответ: Диффузия — это процесс самопроизвольного переноса вещества из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, обусловленный хаотическим тепловым движением частиц (атомов, молекул, ионов).