Газ қоспаларындағы диффузия

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе……… . . . . …3
Диффузия. Газ қоспаларындағы диффузия . . . . . 5
Газ қоспаларындағы диффузия құбылысына қысымның әсері………. …8
Газ қоспаларындағы диффузияны зерттеудің қолданыстағы әдістері…10
Газ қоспаларындағы диффузия құбылысының қысымға тәуелді өзгерісін оқыту әдістемесі тақырыбы бойынша сандық есептердің сипаттамалары мен шығару әдістері12
Қорытынды

Кіріспе

Физика ғылымы жайында; Физика бізді қоршаған табиғатты және де оның заңдылықтарын, табиғаттағы материя, кеңістік, энергия және уақыттың өзара бір-бірімен байланысып, әрекеттесуін зерттейтін ғылым болып табылады. Табиғаттың негізгі заңдылықтарын зерттейді. Өте алып планетардан бастап көзге көрінбейтін атомдардың құрылысына дейін зерттеп, қалай жұмыс жасайтынын түсінуге мүмкіндік жасайды. Физика ілімі барлық делік ғылымдардың(химия, биология, математика, технология, т. б. ) негізгі іргетасы болып табылады. Осы күнге дейін жеткен технологиялық жетістіктердің барлығы да осы физика саласының жетістіктерінің арқасында. Сондықтан физика қоғамда рөлі маңызды болып табылатын сала. Бірнеше аспектілерге тоқталсақ;

Барлық табиғат ресурстарын басқарып, пайдалануға мүмкіндік жасау үшін физика саласының зерттеу жұмыстары аса маңызды.
Физикада зерттейтін электроника, радио-сәулелер мен сәулелер, ядролық энергия көптеген технологиялық жетістіктер негізінде жатыр. Заманауи және болашақ технологиялардың жасалуы мен дамуы осы физика ғылымының рөлі зор болып тұр.
Әрине, адам баласының қызығушылығы; Адам жаратылысынан барлық нәрсені білуге құштар болып тұр. Аспан денелерінен кішкентай жасушаларға дейін білуге деген құштарлықтың сұрақтары физикалық зерттеулер арқылы шешімін табады.
Ғылыми зерттеулер жүргізу арқылы басқа да ғылымдардың дамуына тікелей үлес қосу.

Сондықтан да мектепте білім беру бағдарламасында физиканы үйрету өте маңызды. Мектепте физика үйренудің бірнеше мақсаты бар

Қоршаған орта және оның заңдары жайлы іргелі білімді қалыптастыру;
Есептерді шешу дағдысы мен аналитикалық ойлау қабілетің дамыту;
Болашақ инженерлік және технологиялық мамандық иелеріне дайындық;

Физиканың дамуы ғылыми ортаның, ғылыми мәдениеттің дамуына тікелей ықпал етеді.

Физика басқа ғылымдардардағы күрделі мәселелерді шешу үшін зерттеулер жүргізетіндіктен бір-бірімен байланысты;

Математикамен: Табиғат құбылыстарын модельдеуде және талдауда жалпы әдістері мен құралдары жиі қолданылады. Физикалық зерттеулерді сипаттау үшін математикалық теңдеулер көбінен қолданылады.
Химиямен: Термодинамика және электрохимия мен реакция кинетикасы осы салалардың негізі химиялық процестер мен физикалық зерттеулер болы табылады.
Биологиямен: Тірі организмдер мен медициналық технологияларды зерттейтін биофизика деп аталады.

Тағы осы іспеттес геология, инженерия, экология, астрономия ғылымдарыменде тығыз байланыста.

Физика ғылымында диффузия маңызды құбылыстардың бірі болып табылады және басқа да жаратылыстану ғылымдарында өзіндік ерекше орыны бар сала болып табылады. Диффузия құбылысы қазіргі заманда ғылыми-техникалық зерттеулерде маңызды сала болып табылады, әсіресе газ қоспаларындағы диффузия.

Диффузия - бір газ молекулаларының екіншісі арқылы қозғалу процесі және химиялық реакцияларға, заттардың тасымалдануына және физикалық және химиялық процестердің көптеген басқа аспектілеріне айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Диффузия әсіресе газ қоспаларындағы диффузия жағдайында қысымның өзгеруі маңызды фактор болып табылады, себебі ол диффузия жылдамдығы мен бағытына әсер ете алады. Газдағы диффузия құбылысы өзгеруін зерттеу және қысымға байланысты қоспаларды зерделеу курстық жұмыстың негізгі қарастырылатын мәселелер болады. Қысымның өзгеруі газ қоспаларындағы диффузияда жүретін маңызды процес болып табылады

Диффузия. Газ қоспаларындағы диффузия.

Диффузия - молекулалар мен атомдардың заттық жоғары концентрациялы аймағынан төменгі концентрациялы аймаққа таралу процесі. Бөлшектердің статистикалық қозғалысына байланысты пайда болады. Иістердің таралуы, заттардың араласуы және көптеген химиялық және физикалық құбылыстар сияқты әр түрлі процестерде осы диффузия процесі жүреді.

Сұйықтықтар мен газдарда болатын жеке молекулалардың немесе атомдардың қозғалысымен түсіндірілетін молекулалық деңгейлі диффузия келесідей болады;

«Жылу қозғалысы»; Кездейсоқ және ретсіз молекулалар кинетикалық энергиясына байланысты әрқашан тұрақты жылу қозғалысында болады.
«Кездейсоқ соқтығысулар»; Жылу қозғалыс кезінде молекулалар бір-бірімен соқтығысады. Және әр соқтығыс сайын олар өз бағыттары мен жылдамдықтарын өзгертіп отырады.
«Импульстің берілуі»; Соқтығысу нәтижесінде молекулаларда импульс жүреді. Егер де қандай да бір аймақта молекулалар екінші аймаққа қарағанда көп болса, онда осы аймақта молекулалық соқтығысуларда көп болады.
«Тепе-теңдік»; Нәтижесінде, концентрация біркелкі бола бастайды, себебі, кездейсоқ соқтығысулар мен импульстің берілуіне байланысты молекулалар кеңістікте біркелкі тарала бастауы.
«Соңғы күй»; Диффузия концентрация бүкіл кеңістікте бірдей болғанда және жүйе тепе-теңдікке жеткенде аяқталады.

Осыдан түсінетініміз молекулалық қозғалыс және молекулалардың соқтығысуы газдардағы диффузия процесін анықтайтын негізгі факторлар болып табылады. Бұл процесс әртүрлі қолданбалы ғылымдарда және озық технологияларда маңызды, себебі молекулалық концентрациясы бар газдардың кеңістікте біркелкі таралуын түсіндіреді. бірдейзия молекулалық қозғалыстардың стохастикалық сипатының нәтижесі және көптеген физикалық және химиялық құбылыстардың негізі болып табылады.

Диффузия біршама факторларға тікелей байланысты болып табылады;

«Концентрация градиенті» Екі аймақ арасындағы концентрация айырмашылығы (градиент) неғұрлым үлкен болса, соғұрлым диффузия процесі тез жүреді.
«Температура» Температураның өзгеруі, нақтырақ айтқанда, жоғарылауы молекулалардың кинетикалық энергиясына әсерін тигізіп арттырады, бұл диффузияға тездік ықпал етеді.
«Бөлшектердің массасы» Салмағына қарай жеңіл бөлшектер бірдей жағдай жасалғанда ауыр бөлшектерге қарағанда тезірек таралады.
«Қима ауданы» Диффузия келесіде пайда болуы мүмкін үлкен кеңістік диффузия жылдамдығын арттырады.
«Бөлшектердің мөлшері» Кішірек молекулалар немесе бөлшектер кеуектер немесе мембраналар арқылы тезірек таралуы мүмкін.
«Диффузиялық орта» Сұйықтықтар мен қатты заттар сияқты тығыз орталар газдармен салыстырғанда диффузияны баяулатуы мүмкін.
«Қысым» Қысымның жоғарылауы газдардағы диффузия жылдамдығын арттыруы мүмкін.
«Турбуленттілік» Турбулентті жағдайда араластыру арқылы диффузияны күшейтуге болады.
«Электростатикалық күштердегі айырмашылықтар» Зарядталған бөлшектер электростатикалық әрекеттесуі мүмкін, бұл диффузияның жылдамдығына әсер етеді.

Газ қоспаларындағы диффузия-бұл екі бөлек газдардың молекулаларының қозғалуынан туындаған процестердің әсерінен газдардың араласу процесі. Газдардың концентрациясы мен олардың кинетикалық энергиясының айырмашылығына байланысты. Диффузия нәтижесінде газдар араласып, концентрациялары біркелкі болады. Газ қоспаарындағы диффузия басқа сұйықтыққа немесе қатты денелердің диффузиясына қарағанда тезірек және жеңіл жүреді. Себебі, әрине диффузия жылдамдығына әсер ететін молекулаларының салмағының айырмашылығында. Қысым, температура, концентрация айырмашылығы да газ қоспаларындағы диффузияға әсер етеді. Әрине бұл процесс химиялық реакциялардағы газ алмасу сияқты қосымшаларда маңызды болып табылады Газ қоспаларындағы Диффузия ғылым мен өнеркәсіптің әртүрлі аспектілерінде үлкен маңызға ие:

«Газдарды араластыру»; Диффузия әртүрлі газдардың бір-бірімен араласуына мүмкіндік береді. Бұл, мысалы, реакция жүруі үшін реактивтер біркелкі араласуы керек химиялық реакция саласында маңызды.
«Газды талдау»; диффузия газды талдауда маңызды рөл атқарады. Мысалы, газ қоспасы жартылай өткізгіш мембрана арқылы өтетін газ анализаторларын пайдаланған кезде, жеңіл газдар мембрана арқылы тезірек таралуы мүмкін, бұл олардың құрамын талдауға мүмкіндік береді.
«Жасушалар мен организмдер ішіндегі процестер»; Диффузия тірі организмдердегі процестер үшін маңызды. Мысалы, жасушаларда ол мембраналар арқылы заттарды тасымалдауда рөл атқарады.
«Аэрозольдер және аэрозольдердің таралуы»; медицина мен экологияда диффузия аэрозольдердің (ауадағы ең кішкентай тамшылар немесе бөлшектер) қалай таралатынын және олардың берілуін қалай басқаруға болатынын түсіну үшін маңызды.
«Технологиялық процестер»; өнеркәсіпте диффузия сүзу, газды бөлу және газ қоспаларының компоненттерін бөлуге байланысты процестер сияқты әртүрлі технологиялық процестерде рөл атқарады.

Осылайша, газ қоспаларындағы диффузия процестерін түсіну және басқару кең практикалық қолданбаларға ие және ғылым мен технологияның әртүрлі салаларында маңызды. ғылым мен технологияның әртүрлі салаларында маңызды.

Диффузияда жүретін қысым Фик және Дальтон заңдарымен сипатталады.

Заттың диффузия жылдамдығы екі түрлі аймақтағы сол заттың концентрация айырмашылығына пропорционалды екенін айтатын Фик заңының бір өлшемді диффузия үшін формуласы келесідей;

$j = - D\frac{\partial c}{\partial x}$

Мұндағы, j=заттар ағыны (уақыт бірлігіне аудан бірлігі ар арқылы тасымалданатын зат мөлшері),

$D =$ Диффузия коэффициенті

$\mathbf{\partial c =}$ Екі нүкте арасындағы концентрация айырмашылығы

$\partial x =$ Нүктелер арасындағы қашықтық

Газдар қоспасының жалпы қысымы қоспадағы әрбір газдың парциалды қысымының қосындысына тең екенін дәлелдейтін заң Дальтон заңы деп аталады.

$p = p_{1} + p_{2}\ldots\ldots. + p_{n}$

Қоспадағы әрбір газ өзін-өзі ұстайды: Дальтон Заңы газ қоспасындағы әрбір газ осы қоспадағы басқа газдармен әрекеттеспейді деп болжайды. Бұл дегеніміз, бір газдың молекулалары қоспадағы басқа газдың молекулаларына әсер етпейді.

Жалпы қысым: Дальтон Заңына сәйкес, газдардың қоспасы тудыратын жалпы қысым әрбір жеке газдың парциалды қысымының қосындысына тең. Ішінара қысым-бұл газдың температурасы мен көлемі өзгермейтін барлық аумақты алып жатқан жағдайда болуы мүмкін қысым.

Газ қоспаларындағы диффузия құбылысына қысымның әсері.

Газдар қоспаларында жалпы қысымы жайында Дальтон заңы тікелей зерттейді. Дальтон заңы тұжырымында идеал газдар қоспасының жалпы қысымы қоспадағы әрбір газ қысымының қосындысына тең екендігі айтылады. Яғни, бұл газдардың қоспа құрамында болған кезде де бір-бірінен тәуелсіз әрекет етеді және басқа газдардың болуы жалпы қысымға байланысты емес дегенді білдіреді. Диффузия мен Дальтон заңы арасындағы байланыс диффузия молекулалық деңгейде қоспадағы газдарды араластыру процесі болып табылады. Барлығымызға белгілі газдар диффузияланған жайтта газдардың молекулалары кездейсоқ араласады. Дальтон заңы бойынша газ қоспаларындағы әрбір газ тәуелсіз, бір газдың қысымы екінші газдың қысымына әсер етпейді. Бұл заңнан қоспадағы газдардың неліктен тоқтаусыз таралуы мен араласу кезінде бір-біріне әсер етпейтуін түсінуге болады. Диффузия барысында әрбір газ өз қысымын, сипаттамаларын сақтап қалады.

Идеалды газдардың күй теңдеуіне сәйкес газдардың тығыздығына қысымның өзгеруі тікелей әсер етеді.

$PV\ = \ nRT$

Мұндағы p - қысым, V - көлем, N - газ молекулаларының саны, R - әмбебап газ тұрақтысы, T - температура.

Бойль-Мариотт заңына сәйкес газ көлемі қысым тұрақты температурада жоғарылаған жағдайда азаяды және берілген көлемдегі молекулалар саны n-есеге артады. Молекулалардың бірдей көлемде болып, n есеге артуы газ тығыздығының жоғарылауына әкеледі. Газ молекулалары жоғары қысым жағдайында бір-біріне жақын орналасқандықтан, олардың соқтығысу ықтималдығы да артады. Қысым әсерінен молекулалардың энергиясының жоғарылауы, соқтығысу жиілігінің артуы және концентрацияның жоғарылауы газ қоспаларындағы диффузияның жылдамдығына да әсер етеді, нақтырақ айтқанда, жылдамдығын арттырады.

Диффузия жылдамдығын дәл сипаттау үшін газ концентрациясы мен температура ескерсек, газ қоспасындағы қысымның өзгеруі әртүрлі газдардың диффузия жылдамдығына әсер етеді.

Диффузия жылдамдығы молекулалардың массасына және олардың орташа жылдамдығына байланысты болып келеді. Бұл процес қалай жұмыс істейді;

Біріншіден молекулалардың массасы маңызды рөл ойнайды. Диффузия жылдамдығы молекулалардың массасына кері пропорционал. Бірдей жағдайларда жеңіл молекулалары бар газдар тезірек таралады. Қысым өзгерген кезде оттегі диффузия жылдамдығының өзгеруіне белсенді жауап бере алады.
Екіншіден моекулалардың орташа кинетикалық энергиясы. Қысым температураға байланысты болғандықтан қысым жоғарылаған сайын температура да жоғарылайды. Ал температураның жоғарылауы газ молекулаларының орташа кинетикалық энергиясын арттырады. Бұл олардың диффузия жылдамдығын еселейді.
Үшіншіден молекулалар арасындағы өзара әрекеттесу. Кейбір газдардың бір-бірімен әрекеттесуі күрделі құрылымдар жасайды, ал бұл жағдайда диффузия жылдамдығы бәсеңдейді.

Қысымның өзгеруінің әртүрлі газдардың диффузия жылдамдығына әсері температураға, молекулалардың массасына және олардың арасындағы химиялық өзара әрекеттесуге байланысты. Жеңіл молекулалы газдар және химиялық әрекеттесуі пассивті газдар әдетте қысымның өзгеруіне тез жауап береді.

Күнделікті өмірде қысымның диффузияға әсері маңызды салаларда пайдасы бар. Мысалы, қарапайым фармацевтика өнеркәсібі, жартылай өткізгіштерді өңдіруде, газдарды тарату, материалдарды әзірлеу мен өнім сапасын бақылауда қысымдағы диффузияны қолдану маңызды. Газ қоспаларындағы қысым мен диффузия арасындағы байланысты түсіну дегеніміз ол өнім сапасын арттыруға және ғылыми зерттеулерді ілгерілетуіне әсер етіп, заманауи технологиялардың дамуының негізгі факторларының бірі болып табылады.

Газ қоспаларындағы диффузияны зерттеудің қолданыстағы әдістері.

Диффузиядағы концентрация өлшеудің әдістері; Бұл зерттеулер барысында уақыттың көмегімен газ концентрациясының өзгеруін өлшеу негізделген. Концентрация өзгерісін өлшеу үшін газ датчиктері, спектрлік анализдар, хроматография әдістерін қолдансақ болады. Мысалы, ауадағы оттегінің немесе көмірқышқыл газының деңгейін өлшеу үшін электрохимиялық сенсорларды немесе газ қоспаларының құрамын талдау үшін газ хроматографтарын пайдалануға болады. Газ концентрациясының Уақыт пен қысымға байланысты өзгерісін өлшеу спектроскопия және хроматография әдіс-тәсәлдерін қолдануға болады. Екі әдісте газ қоспаларындағы диффузияны зерттеуде өте тиімді.

Хроматография дегеніміз - бұл қозғалмалы фазаға және стационарлық фазаға негізделген қоспаларды бөлу әдісі. Қоспа стационар фазадан өткенде, қоспа компоненттері фазаға қарай әр түрлі әрекеттеседі. Осы кезде молекулалардың қозғалыс жылдамдығына қарай жүйе бөледі. Бұл қоспаның құрамын талдауға мүмкіндік береді.

Спектроскопия-бұл заттың электромагниттік сәулеленумен, әдетте жарықпен әрекеттесуін зерттеу әдісі. Ол жарықты сіңіру, шығару немесе тарату әдісіне негізделген заттың қасиеттері мен құрамын талдау үшін қолданылады. Спектроскопия материяның құрамы, оның құрылымы мен сипаттамалары туралы ақпарат бере алады және оны астрономиядан химия мен биологиядағы материалдарды талдауға дейінгі көптеген салаларда қолдануға болады.

Қысымның әсерімен зерттеу; Диффузия процесінде жүйедегі қысымның өзгеруі өлшеу жұмыстарының негізгі әдісі болып табылады. Қысымның өзгеруі диффузия процесіндегі сипаттамаларды және онымен байланысты физикалық заңдылықтарды анықтайды және газдардың араласуы мен қозғалысын көрсетеді. Қысым датчиктері газдардың араласуы нәтижесінде қысымның өзгеруін тіркейді. Бұл диффузия құбылысын зерттеп, анықтауға мүмкіндік береді. Осылайша, диффузия процесінде жүйедегі қысымның өзгеруін өлшеу тағы бір әдісі болып табылады.

Иондардың массасы мен концентрациясын анықтайтын талдау әдісінің тағы бір түрі- масс-спектрометрия. Масс-спектрометрия иондалған молекулалардың массасына қарай бөледі де, абсалютті массаларын өлшейді. Қысымды тікелей өлшемесе де, газ қоспаларындағы диффузияны сипаттамалары бойынша зерттеп, қоспаның құрамдас бөліктерін анықтауға және олардың жүйеде қозғалысын бақылауға көмектеседі.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.