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擴散現象是指物質分子從高濃度區域向低濃度區域轉移 直到均勻分佈的現象,速率與物質的濃度梯度成正比。擴散是由於分子熱運動而產生的質量遷移現象,主要是由於密度差引起的。分子熱運動目前認為在絕對零度以下不會發生。

1釋義

氣體分子熱運動的速率很大,分子間極為頻繁地互相碰撞,每個分子的運動軌跡都是無規則的雜亂折線。溫度越高,分子運動就越激烈。在0℃時空氣分子的平均速率約為400米/秒,但是,由於極為頻繁的碰撞,分子速度的大小和方向時刻都在改變,氣體分子沿一定方向遷移的速度就相當慢,所以氣體擴散的速度比氣體分子運動的速度要慢得多。
固體分子間的作用力很大,絕大多數分子只能在各自的平衡位置附近振動,這是固體分子熱運動的基本形式。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,而且有的還能進入相鄰物體,這就是固體發生擴散的原因。固體的擴散在金屬的表面處理和半導體材料生產上很有用處,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),都利用了擴散現象;在半導體工藝中利用擴散法滲入微量的雜質,以達到控制半導體性能的目的。
液體分子的熱運動情況跟固體相似,其主要形式也是振動。但除振動外,還會發生移動,這使得液體有一定體積而無一定形狀,具有流動性,同時,其擴散速度也大於固體。

2擴散現象的物理意義

將裝有兩種不同氣體的兩個容器連通,經過一段時間,兩種氣體就在這兩個容器中混合均勻,這種現象叫做擴散。用密度不同的同種氣體實驗,擴散也會發生,其結果是整個容器中氣體密度處處相同。在液體間和固體間也會發生擴散現象。例如清水中滴入幾滴紅墨水,過一段時間,水就都染上紅色;又如把兩塊不同的金屬緊壓在一起,經過較長時間后,每塊金屬的接觸面內部都可發現另一種金屬的成份。
在擴散過程中,氣體分子從密度較大的區域移向密度較小的區域,經過一段時間的摻和,密度分佈趨向均勻。在擴散過程中,遷移的分子不是單一方向的,只是密度大的區域向密度小的區城遷移的分子數,多於密度小的區域向密度大的區域遷移的分子數。

3擴散現象的實質

擴散現象是氣體分子的內遷移現象。從微觀上分析是大量氣體分子做無規則熱運動時,分子之間發生相互碰撞的結果。由於不同空間區域的分子密度分佈不均勻,分子發生碰撞的情況也不同。這種碰撞迫使密度大的區域的分子向密度小的區域轉移,最後達到均勻的密度分佈。
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