Основной способ ускорения процесса диффузии

Скорость диффузии

Вы будете перенаправлены на Автор24

Скорость диффузии

Диффузия относится к наиболее простым явлениям, которые изучаются в рамках курса физики. Этот процесс можно представить на бытовом ежедневном уровне.

Диффузия представляет собой физический процесс взаимного проникновения атомов и молекул одного вещества между такими же структурными элементами другого вещества. Итогом этого процесса становится выравнивание уровня концентрации в проникающих соединениях. Диффузию или смешивание можно видеть каждое утро на собственной кухне, когда происходит приготовление чая, кофе или иных напитков, в состав которых входит несколько основных компонентов.

Подобный процесс первый раз смог научно описать Адольф Фик в середине 19 века. Он дал ему оригинальное название, которое переводится с латинского языка как взаимодействие или распространение.

Скорость диффузии зависит от нескольких факторов:

• температуры тела;
• агрегатного состояния исследуемого вещества.

В различных газах, где существуют очень большие расстояние между молекулами, скорость диффузии будет самой большой. В жидкостях, где расстояние между молекулами заметно меньше, скорость также уменьшает свои показатели. Самая маленькая скорость диффузии отмечается в твердых телах, поскольку в молекулярных связях наблюдается строгий порядок. Атомы и молекулы сами совершают незначительные колебательные движения на одном месте. Скорость протекания диффузии увеличивается при росте окружающей температуры.

Закон Фика

Скорость диффузии принято измерять количеством вещества, которое переносится за единицу времени. Все взаимодействия должны осуществляться через площадь поперечного сечения раствора.

Основной формулой скорости диффузии является:

• $D$ — это коэффициент пропорциональности,
• $S$ — площадь поверхности, а знак «-» обозначает, что диффузия идет из области большей концентрации в меньшую.

Готовые работы на аналогичную тему

Такую формулу представил в виде математического описания Фик.

Согласно ей, скорость диффузии прямо пропорциональна градиенту концентрации и площади, через которую осуществляется процесс диффузии. Коэффициент пропорциональности определяет диффузию вещества.

Известный физик Альберт Эйнштейн вывел уравнения для коэффициента диффузии:

$D=RT/NA \cdot 1/6\pi\etaŋr$, где:

• $R$- это универсальная газовая постоянная,
• $T$- абсолютная температура,
• $r$- радиус диффундирующих частиц,
• $D$- коэффициент диффузии,
• $ŋ$- вязкость среды.

Из этих уравнений следует, что скорость диффузии будет возрастать:

• при повышении температуры;
• при повышении градиента концентрации.

Скорость диффузии уменьшается:

• при увеличении вязкости растворителя;
• при увеличении размера диффундирующих частиц.

Если молярная масса увеличивается, тогда коэффициент диффузии уменьшается. В этом случае скорость диффузии также уменьшается.

Ускорение диффузии

Существуют различные условия, которые способствуют ускорению протекания диффузии. Быстрота диффузии зависит от агрегатного состояния исследуемого вещества. Большая плотность материала замедляет химическую реакцию. На скорость взаимодействия молекул влияет температурный режим. Количественной характеристикой скорости диффузии является коэффициент. В системе измерений СИ его обозначают в виде латинской большой буквы D. Он измеряется в квадратных сантиметрах или метрах на секунду времени.

Коэффициент диффузии равняется количеству вещества, которое распределяется среди другого вещества через определенную единицу поверхности. Взаимодействие должно осуществляться на протяжении единицы времени. Для эффектного решения задачи необходимо добиться условия, когда разность плотностей на обеих поверхностях будет равна единице.

Также на скорость диффузии в твердых телах, жидкости в газах влияет давление и излучение. Излучение может быть разных видов, в том числе индукционное, а также высокочастотное. Диффузия начинается при воздействии определенного вещества-катализатора. Они часто выступают в роли пускового механизма для возникновения стабильного процесса рассеивания частиц.

При помощи уравнения Аррениуса описывают зависимость коэффициента от температуры. Оно выглядит следующим образом:

$D = D0exp(-E/TR)$, где:

• $Т$ – абсолютная температура, которая измеряется в Кельвинах,
• $E$ – минимально необходимая для диффузии энергия.

Формула позволяет больше понять о характерных чертах всего процесса диффузии и определяет скорость реакции.

Специальные методы диффузии

Сегодня практически нельзя применить обычные методы для определения молекулярного веса белков. Они обычно основаны на измерении:

• упругости пара;
• повышения температуры кипения;
• понижения температуры замерзания растворов.

Для эффективного решения задачи применяются специальные методы, которые разработаны для исследования веществ с высокой молекулярной структурой. Они предполагают определение скорости диффузии или вязкости растворов.

Метод определения ориентации и формы пор по скорости диффузии основан на исследовании скоростей диализа. В мембране должна происходить в этот момент свободная диффузия.

Также для определения скорости диффузии натрия могут применяться различные радиоизотопы. Такой специальный метод применяется для решения поставленных задач в сфере минералогии и геологии.

Активно применяется метод диффузии, который основан на определении диффузии макромолекул в растворе. Он был разработан для полимерных материалов. Согласно методу, идет определение коэффициента диффузии, а затем по этим данным узнают среднемассовую молекулярную массу.

В настоящее время отсутствуют прямые методы определения скорости диффузии водорода в катализаторе. Для этого используется так называемый второй путь активации.

Для определения скорости принято использовать специальные приборы. Они отличаются по виду от поставленных практических и научных задач.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Четыре фактора, которые влияют на скорость диффузии

Диффузия происходит из-за случайного движения частиц. Это обычно происходит из-за градиента концентрации, что означает, что молекулы перемещаются из области высокой концентрации в область более низкой концентрации.

Пример показан на изображении выше. Когда краситель добавляется в раствор, он со временем диффундирует. Сначала вы видите полосы синего цвета, проходящие через раствор, пока, наконец, весь раствор не станет синим, потому что концентрация красителя везде одинакова. В этот момент, хотя молекулы красителя все еще движутся, вы не сможете их почувствовать, поскольку синий краситель рассеял и окрасил весь объем жидкости.

Диффузия, таким образом, является пассивным процессом (это означает, что он не требует затрат энергии). Вещество перемещается из области высокой концентрации в область более низкой концентрации. Это движение продолжается до тех пор, пока концентрация вещества не выровняется. Как только концентрация выровняется, вещество все еще движется, но больше не будет иметь градиент концентрации. Это состояние называется динамическим равновесием.

Молекулы постоянно движутся вокруг из-за количества тепловой энергии, которую они имеют. Это движение зависит от размера частицы и среды, в которой она находится. Частицы всегда будут перемещаться в среде, но на общую скорость диффузии могут влиять многие факторы.

Концентрация: диффузия молекул полностью зависит от перемещения из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Другими словами, диффузия происходит вниз по градиенту концентрации рассматриваемой молекулы. Если разница в концентрации выше, то молекулы будут снижаться градиент концентрации быстрее. Если разница в концентрации не так велика, молекулы не будут двигаться так быстро, и скорость диффузии уменьшится.

Температура: частицы движутся из-за кинетической энергии, связанной с ними. По мере повышения температуры кинетическая энергия, связанная с каждой частицей, также увеличивается. В результате частицы будут двигаться быстрее. Если они могут двигаться быстрее, то они также могут распространяться быстрее. И наоборот, когда кинетическая энергия, связанная с молекулами, уменьшается, их движение уменьшается. В результате скорость диффузии будет ниже.

Масса частиц: более тяжелые частицы будут двигаться медленнее и, следовательно, будут иметь меньшую скорость диффузии. С другой стороны, более мелкие частицы будут диффундировать быстрее, потому что они могут двигаться быстрее. Как и все ключевые факторы, влияющие на диффузию, движение частицы имеет первостепенное значение при определении замедления или ускорения диффузии.

Свойства растворителя: вязкость и плотность сильно влияют на диффузию. Если среда, через которую должна распространяться данная частица, является очень плотной или вязкой, то частице будет труднее диффундировать через нее. Так что скорость диффузии будет ниже. Если среда менее плотная или менее вязкая, частицы смогут двигаться быстрее и быстрее диффундировать.

Все факторы, влияющие на диффузию, могут иметь комбинированный эффект. Например, маленький ион может диффундировать быстрее через вязкий раствор, чем большая молекула сахара. Ион имеет меньший размер и поэтому может двигаться быстрее. Большая молекула сахара движется медленнее из-за своего размера. Вязкость раствора влияет на оба, но усугубит замедленную диффузию, которой подвергается большая молекула

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Четыре фактора, которые влияют на скорость диффузии

Диффузия происходит из-за случайного движения частиц. Это обычно происходит из-за градиента концентрации, что означает, что молекулы перемещаются из области высокой концентрации в область более низкой концентрации.

Пример показан на изображении выше. Когда краситель добавляется в раствор, он со временем диффундирует. Сначала вы видите полосы синего цвета, проходящие через раствор, пока, наконец, весь раствор не станет синим, потому что концентрация красителя везде одинакова. В этот момент, хотя молекулы красителя все еще движутся, вы не сможете их почувствовать, поскольку синий краситель рассеял и окрасил весь объем жидкости.

Диффузия, таким образом, является пассивным процессом (это означает, что он не требует затрат энергии). Вещество перемещается из области высокой концентрации в область более низкой концентрации. Это движение продолжается до тех пор, пока концентрация вещества не выровняется. Как только концентрация выровняется, вещество все еще движется, но больше не будет иметь градиент концентрации. Это состояние называется динамическим равновесием.

Молекулы постоянно движутся вокруг из-за количества тепловой энергии, которую они имеют. Это движение зависит от размера частицы и среды, в которой она находится. Частицы всегда будут перемещаться в среде, но на общую скорость диффузии могут влиять многие факторы.

Концентрация: диффузия молекул полностью зависит от перемещения из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией. Другими словами, диффузия происходит вниз по градиенту концентрации рассматриваемой молекулы. Если разница в концентрации выше, то молекулы будут снижаться градиент концентрации быстрее. Если разница в концентрации не так велика, молекулы не будут двигаться так быстро, и скорость диффузии уменьшится.

Температура: частицы движутся из-за кинетической энергии, связанной с ними. По мере повышения температуры кинетическая энергия, связанная с каждой частицей, также увеличивается. В результате частицы будут двигаться быстрее. Если они могут двигаться быстрее, то они также могут распространяться быстрее. И наоборот, когда кинетическая энергия, связанная с молекулами, уменьшается, их движение уменьшается. В результате скорость диффузии будет ниже.

Масса частиц: более тяжелые частицы будут двигаться медленнее и, следовательно, будут иметь меньшую скорость диффузии. С другой стороны, более мелкие частицы будут диффундировать быстрее, потому что они могут двигаться быстрее. Как и все ключевые факторы, влияющие на диффузию, движение частицы имеет первостепенное значение при определении замедления или ускорения диффузии.

Свойства растворителя: вязкость и плотность сильно влияют на диффузию. Если среда, через которую должна распространяться данная частица, является очень плотной или вязкой, то частице будет труднее диффундировать через нее. Так что скорость диффузии будет ниже. Если среда менее плотная или менее вязкая, частицы смогут двигаться быстрее и быстрее диффундировать.

Все факторы, влияющие на диффузию, могут иметь комбинированный эффект. Например, маленький ион может диффундировать быстрее через вязкий раствор, чем большая молекула сахара. Ион имеет меньший размер и поэтому может двигаться быстрее. Большая молекула сахара движется медленнее из-за своего размера. Вязкость раствора влияет на оба, но усугубит замедленную диффузию, которой подвергается большая молекула

Источник

Способ ускорения работы “диффузии”

Номер патента: 68701

Текст

Класс 89 с, 4 СССР ОПИСАН ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУЗарегистрировано в Бюро иэобретекий Госплана СССР А. 11. Соколов способ ускорения работы диффузии Заявлено 1 б января 1941 года в Народный комиссариат пищевой промыщленности СССР за3032 (34297 о)Опубликовано 30 июня 1947 года Особенностью предлагаемого способа ускорения работы диффузии является периодическое изменение давления рабочей воды на диффузию от руки или автоматически в периоды набора и откачки с тем, чтобы течение жидкости по тракту происходило в указанные периоды с одной и той же предельно-допустимой скоростью.На сахарных заводах сок из свеклы получается в так называемой диффузии, состоящей обычно из 12 — 14 отдельных сосудов — диффузоров. Работа состоит в последовательной загрузке измельченной свеклы в диффузоры и методической промывке ее водой, Вода подается в последний диффузор перед его выгрузкой под напором, постепенно переходит из диффузора в диффузор, обогащается сахаром и, пройдя первый диффузор со свежей свекловичной стружкой, уже в виде сладкого сока отводится через ловушку для мезги в мерники и далее — в завод.Работа идет периодически: под давлением обычно находится 12 диффузоров, один диффузор разгружает 30 ф ся и один загружается. Во время разгрузки последнего диффузора происходит набор соком свежезагруженного диффузора, во время нагрузки происходит откачка сока в мерники, Движение сока через батарею происходит под напором от 2 до 2,5 ат. Условия работы диффузии таковы, что скорость течения жидкости через диффузоры не может превышать определенной максимальной величины;. в противном случае свекловичная; стружка спрессовывается усиленным током жидкости, сопротивление слоя увеличивается и, несмотря на повышение давления, скорость течения жидкости не увеличивается, Таким образом, повышение давления с целью ускорения работы не всегда применимо; вместе с тем желательно работать с наибольшей возможной скоростью.В период откачки сока на мерники в диффузии создается наибольшее сопротивление: работают 12 диффузоров, сок проходит через ловушку и дополнительную коммуникацию к мерникам; часто мерники располагаются на некоторой высоте и при 4 б 968701 Замеченная опечатка: иа стр, 1, прав. колонка, строка 2 св., напечатано свекловичная;ф, следует читать свекловичная».Свод в. 6 Редактор Э. М. Левина Отв, редактор Я. Ь 1, Акинин470 ходится преодолевать также давление этой высоты.При наборе соком свежезагруженного диффузора сопротивление на диффузии значительно меньше: цепь на один диффузор короче, ловушка и мерники остаются в стороне, а так как давление воды на диффузию остается прежним, то движение жидкости через батарею в этот период идет с большей скоростью, и диффузия эту скорость допускает. Из сказанного следует, что в период откачки сока на мерники скорость течения жидкости через батарею могла бы быть и больше, т. е. такой, какая получается в период набора соком, Подсчет и наблюдения показывают, что разница в скорости доходит до 20 — 25 о,. Чтобы использовать указанную возможность, предлагаемый способ предусматривает повышение давления воды на диффузию в период откачки в соответствии с сопротивлениями, которые добавились, и достижение таким путем скорости тока жидкости через диффузоры одинаковой как в период набора, так и в период откачки,Для осуществления предлагаемого способа работы нужно на напорной трубе, подающей воду на диффузию,установить указатель скорости, например, сопло Вентури, трубки Пито или просто дроссельную диафрагму, присоединив к ним диференциальный манометр, По этому указателю нужно регулировать давление воды на диффузию так, чтобы скорость воды в трубе была постоянной. Регулирование давления, само собой понятно, можно сделать автоматическим, так, что при уменьшении скорости давление повышается, а при увеличении скорости — понижается,Применяя предлагаемый способ, можно повысить скорость работы диффузии на 15 — 20 о.Предмет изобретения 1. Способ ускорения работы диффузии, отличающийся тем, что давление рабочей воды на диффузию периодически меняют (от руки или автоматически) в периоды набора и откачки с тем, чтобы течение жидкости по тракту происходило в указанные периоды с одной и той же предельно допустимой скоростью,2, Прием осуществления способа по п, 1, отлича ющий ся нрименением на напорной трубе указателя скорости течения водьь

Заявка

МПК / Метки

Код ссылки

Устройство для определения коэффициентов диффузии в жидкостях

Номер патента: 1784867

. запорных устройств и термостатирующей ванны, по периметру верхней плоскости перегородки выполнена течь через конический шлиф, расположенное вверху емкости с раствором запорное устройство имеет перекрывающуюся течь, а сопротивление конвективному массопереносу не превосходит дйффузионного сопротивления перегородки, нижняя емкость до перегородки погружена в жидкостную термостатирующую ванну, а остальная часть устройства закрыта воздушным колпаком, перфорированную перегородку 9, на которой фиксируется устройство с помощью выступов 10 (11 — воздушный колпак с термометром и заслонкой 12, 13- полихлор виниловая муфта).Устройство работает следующим образом.Заполняют полностью верхний сосудраствором вещества, коэффициент диффу зии которого.

Способ определения коэффициентов молекулярной диффузии в жидкостях и устройство для его реализации

Номер патента: 976307

. за ними поляризатор 4 поляризует ,эти пучки, которые, попадая на двулучепреломляющую призму 5; нанример, призму из исландс:кого шпата, делятся на два параацельных пучка каждый, которые пускают черезисследуемые, жидкости, залитые в кювету 7 выдвижным шибером. При этом все976 307 54 пучка проходят один и тот же путь. — длину рабочего объема, но опорный пучок при этом проходит вне эоны диффузии.Это условие выполняют, исходя из того, что объем, в котором в течение опыта З ,протекает диффузия, значительно меньше общего объема кюветы. Перед кюветой 7 с шибером и за неюустановлены две четвертьволновые пластинки 6 и 8, которые преобразуют лннеййо-поляризованный 19 свет в эллиптически-поляризованный и обратно и позволяют тем самым.

Цифровой ультразвуковой измеритель скорости движения воды

Номер патента: 494693

. 1 — угол между направлением двцже. 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ния,потока и направлением распространения сигналов.Как видно из формулы (3) величина созершегно не зависит от С — скорости звука з исследуемой жидкостиа зависит от внутренних параметров устройства ХЕ и что дает возможность осуществлять измерен:тя с зысокой точностью, прц больши.; значениях 1, (например, Х, =1 — :О .11) цезавцС 11 мо От степени загрязнениякак раоочую частоту можно Выорать В 111 ацазоне, где затухание ультразвука относительно мало. Скорость движения жидкости, согласно формуле (3), пропорциональна разности периодов оиеццй, которая выделяется с лО мощью реш а то щет С хек ы, а зсл цц 1 ц а скорости получается путем насчета числа заполцяющц.

Регулятор скорости фильтрации воды

Номер патента: 45593

. вниз, где свободно проходитчерез колечо 4. На нижнем конце этойтрубы с помощью скоб 9 прикрепленкольцевой диск 10 с острыми ребрами,Диск располагается в цилиндрическом стакане 11, укрепленном на днище 12 резервуара. Между острыми ребрами диска 10 и стенками цилиндрического стакана 11 имеются зазоры для прохода жидкости, Внутри вышеупомянутой трубки 8 проходит другая трубка 13. Посредством винта 14, находящегося внизу этой трубки, и пользуясь индексом 15, возможно установить нижний пустотелый конусообразный клапан 1 б на пропуск желаемого количества жидкости.Трубка 8 проходит через поплавок 2, по оси которого вделана трубка 17, огораживающая пустое пространство поплавка. Трубка 17 снабжена наверху резьбой для соединения с трубкой 8.

Безлопастной измеритель скорости течения воды

Номер патента: 149639

. эти недостатки. Он имеет простую конструкцгабаритные размеры, удобен и прост в эксплуатации ибольших и малых скоростях.На фиг. 1 показан общий вид безлопастного измерителя; нзфиг. 2 — принципиальная схема работы безлопастного измерителя.Замкнутая трубка 1 с прямолинейным участком является основнойью измерителя. Вдоль прямолинейного участка имеются щелевидпрорези 2, Внутри трубки помещен шарик 3, состоящий из материаплотность которого равна плотности жидкости. Шарик может своно перемещаться внутри трубки 1.Безлопастной измеритель помещают в поток воды так, чтобы направление его прорези 2 совпадало с направлением течения. Под действием сил вязкости находящаяся в трубке 1 жидкость приходит в движение, и шарик 3 начинает совершать.

Источник