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擴(kuò)散現(xiàn)象（由密度差引起的物理現(xiàn)象）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-22

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擴(kuò)散現(xiàn)象

由密度差引起的物理現(xiàn)象

擴(kuò)散現(xiàn)象（diffusion）是指物質(zhì)分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域轉(zhuǎn)移直到均勻分布的現(xiàn)象，速率與物質(zhì)的濃度梯度成正比。擴(kuò)散是由于分子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的質(zhì)量遷移現(xiàn)象，主要是由于密度差引起的。分子熱運(yùn)動(dòng)目前認(rèn)為在絕對(duì)零度不會(huì)發(fā)生。擴(kuò)散現(xiàn)象等大量事實(shí)表明，一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。

基本信息

中文名	擴(kuò)散現(xiàn)象
外文名	diffusion
拼音	kuo san xian xiang
類型	物理術(shù)語
引起	密度差
正比	速率與物質(zhì)的濃度梯度
平均速率	400米/秒
學(xué)科	物理

收起

釋義

氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的速率很大，分子間極為頻繁地互相碰撞，每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)軌跡都是無規(guī)則的雜亂折線。溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)就越激烈。在0℃時(shí)空氣分子的平均速率約為400米/秒，但是，由于極為頻繁的碰撞，分子速度的大小和方向時(shí)刻都在改變，氣體分子沿一定方向遷移的速度就相當(dāng)慢，所以氣體擴(kuò)散的速度比氣體分子運(yùn)動(dòng)的速度要慢得多。

固體分子間的作用力很大，絕大多數(shù)分子只能在各自的平衡位置附近振動(dòng)，這是固體分子熱運(yùn)動(dòng)的基本形式。但是，在一定溫度下，固體里也總有一些分子的速度較大，具有足夠的能量脫離平衡位置。這些分子不僅能從一處移到另一處，而且有的還能進(jìn)入相鄰物體，這就是固體發(fā)生擴(kuò)散的原因。固體的擴(kuò)散在金屬的表面處理和半導(dǎo)體材料生產(chǎn)上很有用處，例如，鋼件的表面滲碳法(提高鋼件的硬度)、滲鋁法(提高鋼件的耐熱性)，都利用了擴(kuò)散現(xiàn)象；在半導(dǎo)體工藝中利用擴(kuò)散法滲入微量的雜質(zhì)，以達(dá)到控制半導(dǎo)體性能的目的。溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越快。

液體分子的熱運(yùn)動(dòng)情況跟固體相似，其主要形式也是振動(dòng)。但除振動(dòng)外，還會(huì)發(fā)生移動(dòng)，這使得液體有一定體積而無一定形狀，具有流動(dòng)性，同時(shí)，其擴(kuò)散速度也大于固體。

物理意義

將裝有兩種不同氣體的兩個(gè)容器連通，經(jīng)過一段時(shí)間，兩種氣體就在這兩個(gè)容器中混合均勻，這種現(xiàn)象叫做擴(kuò)散。用密度不同的同種氣體實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)散也會(huì)發(fā)生，其結(jié)果是整個(gè)容器中氣體密度處處相同。在液體間和固體間也會(huì)發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象。例如清水中滴入幾滴紅墨水，過一段時(shí)間，水就都染上紅色；又如把兩塊不同的金屬緊壓在一起，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間后，每塊金屬的接觸面內(nèi)部都可發(fā)現(xiàn)另一種金屬的成份。

在擴(kuò)散過程中，氣體分子從密度較大的區(qū)域移向密度較小的區(qū)域，經(jīng)過一段時(shí)間的摻和，密度分布趨向均勻。在擴(kuò)散過程中，遷移的分子不是單一方向的，只是密度大的區(qū)域向密度小的區(qū)城遷移的分子數(shù)，多于密度小的區(qū)域向密度大的區(qū)域遷移的分子數(shù)。

實(shí)質(zhì)

擴(kuò)散現(xiàn)象是氣體分子的內(nèi)遷移現(xiàn)象。從微觀上分析是大量氣體分子做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，分子之間發(fā)生相互碰撞的結(jié)果。由于不同空間區(qū)域的分子密度分布不均勻，分子發(fā)生碰撞的情況也不同。這種碰撞迫使密度大的區(qū)域的分子向密度小的區(qū)域轉(zhuǎn)移，最后達(dá)到均勻的密度分布。

分子熱運(yùn)動(dòng)

分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，稱為熱運(yùn)動(dòng)。

所謂“無規(guī)則運(yùn)動(dòng)”，是指由于分子之間的相互碰撞，每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速度無論是方向還是大小都在不斷地變化，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一個(gè)空氣分子在1s內(nèi)與其他空氣分子的碰撞達(dá)到65億次之多．所以大量分子的運(yùn)動(dòng)是十分混亂的。

1、一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這種無規(guī)則運(yùn)動(dòng)叫做分子的熱運(yùn)動(dòng)。

2、任何物質(zhì)的分子在任何時(shí)候都在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

3、擴(kuò)散現(xiàn)象不僅證明了分子處在永不停息的運(yùn)動(dòng)中，也證明了分子間存在著空隙。

4、影響因素：溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，擴(kuò)散現(xiàn)象越明顯。

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