Դիֆուզիա

Դիֆուզիա (—տարածում, ընդարձակում), շփվող նյութերի փոխադարձ ներթափանցումը մասնիկների ջերմային շարժման հետևանքով։ Հատուկ է գազերին, հեղուկներին և պինդ մարմիններին։ Դիֆուզիան ընթանում է կոնցենտրացիայի նվազման ուղղությամբ։ Մասնիկների տեղափոխությունը կոնցենտրացիաների տարբերության ազդեցությամբ կոչվում է դիֆուզիոն հոսք, որ չափվում է դիֆուզիայի ուղղությանը ուղղահայաց մակերեսով անցնող դիֆուզվող մասնիկների քանակով։

Ընդհանուր նկարագրություն 
Գազերում տեղի ունեցող բախումների հետևանքով դիֆուզվող մասնիկներից յուրաքանչյուրն անընդհատ փոխում է շարժման ուղղությունը և արագությունը ու թողնում զիգզագաձև հետագիծ։ Անկանոն շարժման պատճառով մասնիկի տեղափոխությունն ավելի փոքր է, քան բեկյալով անցած ճանապարհը։ Մասնիկների դիֆուզիոն ներթափանցման արագությունը փոքր է ազատ շարժման արագությունից (օրինակ, հոտի դիֆուզիոն տարածման արագությունը շատ ավելի փոքր է մոլեկուլների շարժման արագությունից)։

Դիֆուզիայի գործակից 
Մասնիկի տեղափոխությունը ժամանակից կախված փոփոխվում է պատահականորեն, իսկ քառակուսային միջինը՝ L², մեծ թվով բախումների դեպքում աճում է ժամանակամիջոցին համեմատական․ 

որտեղ D-ն կոչվում է դիֆուզիայի գործակից։ Այս առնչությունը ստացել է Ալբերտ Այնշտայնը։

Դասական և անոմալ դիֆուզիա 
Դիֆուզիաան լինում է դասական և անոմալ։

Անոմալ դիֆուզիաի դեպքում մասնիկների միջին քառակուսային տեղափոխությունը դադարում է ուղիղ համեմատական լինել ժամանակից, խախտվում է Ա. Էյնշտեյնի առնչությունը։ Այդ դեպքում կախվածությունը նկարագրվում է աստիճանային օրենքով՝ ։ α = 1 դեպքը համապատասխանում է դասական դիֆուզիային։ α < 1 դեպքը կոչվում է սուբդիֆուզիա (sub-diffusion), որի դեպքում դիֆուզիան դանդաղ է ընթանում։ α > 1 դեպքում, ֆենոմենը կոչվում է սուպերդիֆուզիա (super-diffusion) կամ Լեվիի թռիչք։

Անոմալ դիֆուզիան հայտնաբերված է տարբեր համակարգերում, մասնավորապես ծակոտկեն միջավայրերում (porous media), գեոֆիզիկայում, բջջում սպիտակուցների դիֆուզիայի ժամանակ, ուլտրա - սառը ատոմներում և այլ համակարգերում։

Դիֆուզիան տարբեր նյութերում

Հեղուկներ 
Հեղուկներում, մոլեկուլների ջերմային շարժման բնույթին համապատասխան, դիֆուզիան ընթանում է մոլեկուլների ցատկով՝ հավասարակշռության մի վիճակից մյուսը։ Յուրաքանչյուր ցատկին անհրաժեշտ էներգիան պետք է բավարար լինի հարևան մոլեկուլների ձգողությունը հաղթահարելու և էներգետիկ տեսակետից նոր, հարմար դիրք գրավելու համար։ Ցատկի հեռավորությունը միջին հաշվով չի գերազանցում միջմոլեկուլային հեռավորությունը։ Հեղուկի մասնիկների դիֆուզիոն շարժման համար կիրառելի է Ա․ Էյնշտեյնի մյուս՝ D~ukT առնչությունը k-ն Բոլցմանի հաստատունն է T-ն՝ բացարձակ ջերմաստիճանը, ս-ն՝ դիֆուզվող մասնիկների շարժունությունը, այսինքն՝ մասնիկի շարժման արագության (с) ն շարժիչ ուժի (F) համեմատականության գործակիցը (c=uF)։

Պինդ մարմիններ 
Պինդ մարմիններում դիֆուզիայի ընթացքը պայմանավորող հիմնական մեխանիզմները երեքն են բյուրեղային ցանցում հարևան ատոմների տեղերի փոխանակում, հանգույցում գտնվող ատոմի տեղափոխությունը միջհանգուցային տարածություն, հանգույցներում գտնվող ատոմների տեղափոխությունը չզբաղված հանգույցներ (թափուր տեղեր)։ Պինդ մարմիններում դիֆուզիայի փորձառական ուսումնասիրության ժամանակ նյութերը դրվում են հուսալի կոնտակտի մեջ և երկար ժամանակ պահվում այս կամ այն ջերմաստիճանում։ Այնուհետև դիֆուզիայի ուղղությանն ուղղահայաց հաջորդաբար կտրում են բարակ շերտեր և ուսումևասիրում դիֆուզվող նյութի խտությունը։ Պինդ մարմիններում դիֆուզիայի գործակցի համար խիստ բնութագրական է կտրուկ (Էքսպոնենտային) կախումը ջերմաստիճանից։ Այսպես, ջերմաստիճանը 20°-ից մինչև 300 °C բարձրացնելիս պղնձի մեջ ցինկի դիֆուզիայի գործակիցը աճում է 1014 անգամ։ Բայց քանի որ պինդ մարմիններում մեծ էներգիայով մասնիկների թիվը քիչ է (եթե, իհարկե, ջերմաստիճանը շատ ցածր է հալման ջերմաստիճանից), ապա դիֆուզիան, ավելի դանդաղ է ընթանում, քան գազերում կամ հեղուկներում։

Կենսաբանական համակարգեր 
Կենսաբանական համակարգերում դիֆուզիան կարևոր դեր է կատարում բույսերի և կենդանիների հյուսվածքներում, բջիջների կենսագործունեության պրոցեսներում (օրինակ, թթվածնի դիֆուզիան թոքերից արյան մեջ և արյունից դեպի հյուսվածքները, մարսողական նյութերի ներծծումը աղիքներից և այլն)։ Բջջաթաղանթի միջով իոնների դիֆուզման տարբեր արագությունը ֆիզիկական գործոններից մեկն Է, որն ազդում է օրգանիզմի բջիջներում տարրերի ընտրողական կուտակման վրա։

Տես նաև 
Ջերմադիֆուզիա

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 
 Ֆեյնմանի դասախոսությունը դիֆուզիայի մասին

Ֆիզիկական էֆեկտներ և երևույթներ
Դիֆուզիա