Διάχυση και θερμοκρασία: 7 γεγονότα που πρέπει να γνωρίζετε

Σε αυτό το άρθρο, ας σκοπεύουμε να μάθουμε για τη διάχυση και τη θερμοκρασία και σχετικά γεγονότα.

Για να μεταφερθεί η ουσία μέσα και έξω από το κύτταρο, απαιτείται διάχυση. Μαζί με τη συμβολή στη μέτρηση της θερμότητας καθώς και της ψυχρότητας του σώματος, η θερμοκρασία καθορίζει και την ποσότητα κινητική ενέργεια διακατέχονται από τα σωματίδια.

Η επόμενη ενότητα απεικονίζει τον ορισμό της διάχυσης και της θερμοκρασίας.

Διάχυση και θερμοκρασία

Μια περιοχή μπορεί να διαφοροποιηθεί ή να χαρακτηριστεί από το μέγεθος του συγκέντρωσηδηλ. μια περιοχή που αντιστοιχεί στην υψηλότερη συγκέντρωση ή στη χαμηλότερη συγκέντρωση. Έτσι, τώρα θα υπάρχει μια κίνηση μορίων μέσω αυτής της περιοχής, ξεκινώντας γενικά από υψηλότερη συγκέντρωση και φτάνοντας στην περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης.

Όταν σκοπεύουμε να μετρήσουμε και να εκφράσουμε πόσο ζεστό ή κρύο είναι ένα σώμα, χρησιμοποιούμε μια παράμετρο που ονομάζεται θερμοκρασία. Αυτό το είδος κίνησης των μορίων εκτελείται υπό μια βαθμίδα συγκέντρωσης. Σε όλα τα έμβια όντα, η διάχυση πιστεύεται ότι είναι ένα εξέχον φαινόμενο που πρόκειται να συμβεί χωρίς αποτυχία.

Γνωρίζουμε ότι η θερμοκρασία αντιπροσωπεύει επίσης τη συγκεκριμένη κατεύθυνση κατά την οποία μπορούμε να περιμένουμε τη ροή της ενέργειας πολύ αυθόρμητα, βασικά με τη μορφή θερμότητας. Το επόμενο μέρος ασχολείται με τη σχέση μεταξύ διάχυσης και θερμοκρασίας.

διάχυση και θερμοκρασία
Πιστώσεις εικόνας: Δωρεάν εικόνες pixabay

Σχέση διάχυσης και θερμοκρασίας

Για να μεταφερθεί η ουσία μέσα και έξω από το κύτταρο, απαιτείται διάχυση. Μαζί με τη συμβολή στη μέτρηση της θερμότητας καθώς και της ψυχρότητας του σώματος, η θερμοκρασία καθορίζει και την ποσότητα της κινητικής ενέργειας που διαθέτουν τα σωματίδια. Όταν αυξάνουμε τη θερμοκρασία, με τη σειρά μας, επηρεάζουμε να υποστούν κίνηση γρηγορότερα.

Κάθε σωματίδιο έχει την ίδια πιθανότητα να μετακινηθεί από υψηλότερη σε χαμηλότερη συγκέντρωση, καθώς δεν υπάρχει δύναμη σε δράση κατά τη διάρκεια της κανονικής διάχυσης που επηρεάζει ένα συγκεκριμένο σωματίδιο να περάσει στην περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης.

Η επόμενη ενότητα δίνει την εξίσωση που σχετίζεται με τη διάχυση και τη θερμοκρασία.

Εξίσωση διάχυσης και θερμοκρασίας

Ο νόμος του Fick περιλαμβάνει τη σχέση μεταξύ της ροής των μορίων που υφίστανται διάχυση καθώς και της βαθμίδας της διάχυσης ή της δύναμης που κινείται. Όταν λαμβάνουμε τη συγκέντρωση της βαθμίδας ως μονάδα, μπορούμε να παρατηρήσουμε τη διάχυση της μάζας μιας ουσίας σε μια επιφάνεια μιας μονάδας επιφάνειας σε ένα μοναδιαίο διάστημα χρόνου.

Παρακάτω δίνεται η εξίσωση που σχετίζεται με τη διάχυση και τη θερμοκρασία.

                                                                                       D = D0 exp(-E/KT)

Όπου, D = ο συντελεστής διάχυσης

      D0 =Μεγαλύτερη τιμή του συντελεστή διάχυσης σε άπειρη θερμοκρασία

       E= Ενέργεια για την ενεργοποίηση για συντελεστή διάχυσης

           R = Καθολική σταθερά αερίου

           Τ = Απόλυτη θερμοκρασία

Μπορεί η διάχυση να επηρεάσει τη θερμοκρασία;

Κάθε σωματίδιο έχει ίση πιθανότητα να μετακινηθεί από υψηλότερη σε χαμηλότερη συγκέντρωση, καθώς δεν υπάρχει δύναμη σε δράση κατά τη διάρκεια της κανονικής διάχυσης που επηρεάζει ένα συγκεκριμένο σωματίδιο να περάσει στην περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Έτσι, η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στο περιβάλλον παίζει ζωτικό ρόλο στον επηρεασμό της διάχυσης.

Η θερμοκρασία μπορεί να θεωρηθεί ως πρωταρχικό κριτήριο που καθορίζει τον ρυθμό διάχυσης καθώς και τα δύο συνδέονται μεταξύ τους όσον αφορά την κίνηση των σωματιδίων. Στη συνέχεια, θα συζητήσουμε την αμοιβαία εξάρτηση της διάχυσης και της θερμοκρασίας.

Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τη διάχυση;

Όπως έχουμε ήδη συναντήσει η έννοια της διάχυσης είναι αποκλειστικά η συνέπεια της σημαντικά τυχαίας κίνησης των σωματιδίων αλλά δεν σχετίζεται με καμία δύναμη κατά τη δράση. Τώρα, μπορούμε ρητά να συσχετίσουμε τις τυχαίες κινήσεις με τη θερμοκρασία όπως συμβαίνει στην εγγύτητα της κινητικής ενέργειας, και η κινητική ενέργεια αποφασίζεται μέσω της θερμοκρασίας.

Έτσι, τα σωματίδια που θεωρούνται πιο θερμά συγκριτικά βρέθηκε ότι κινούνται με υψηλότερες ταχύτητες. Έτσι οι συνθήκες θερμοκρασίας συμμετέχουν στην επίδραση της διαδικασίας διάχυσης. Η διάχυση οφείλεται βασικά στην τάση των σωματιδίων να κινούνται στο πλαίσιο της διαφοράς συγκέντρωσης στην περιοχή.

Εδώ, θα κατανοήσουμε τη σχέση μεταξύ του ρυθμού διάχυσης και της θερμοκρασίας.

Σχέση ρυθμού διάχυσης και θερμοκρασίας

Τα σωματίδια τείνουν να έχουν υψηλότερη ενέργεια επειδή επηρεάζονται από τις υψηλότερες θερμοκρασίες που παρέχονται. Εδώ, τα μόρια με υψηλότερη ενέργεια πιστεύεται ότι μεταφέρονται με υψηλότερες ταχύτητες, ευνοώντας έτσι τον ρυθμό διάχυσης. Ομοίως, η ενέργεια των σωματιδίων μειώνεται με τη βοήθεια χαμηλότερων θερμοκρασιών.

Αυτό θα ήταν υπεύθυνο για τη μείωση του ρυθμού διάχυσης. Η σχέση που υπάρχει μεταξύ του ρυθμού διάχυσης και της θερμοκρασίας μπορεί να απεικονιστεί από τον νόμο διάχυσης του Graham, ο οποίος δηλώνει ότι ο ρυθμός διάχυσης μπορεί να σχετίζεται άμεσα με την τετραγωνική ρίζα της θερμοκρασίας. Έτσι, ο νόμος αποδεικνύει μαθηματικά τον ρυθμό διάχυσης και τη σχέση θερμοκρασίας.

Ας μάθουμε τώρα για την εξάρτηση μεταξύ του ρυθμού διάχυσης και της θερμοκρασίας.

Γιατί η θερμοκρασία επηρεάζει τον ρυθμό διάχυσης;

Μπορούμε να πούμε ότι τα σωματίδια του ρευστού τείνουν να ρέουν ή να υφίστανται διάχυση με ταχύτερο τρόπο σε σημαντικά υψηλές θερμοκρασίες σε σύγκριση με εκείνους σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί πραγματοποιώντας ένα απλό πείραμα ανάμειξης χρωστικών τροφίμων σε νερό. Μπορούμε να δούμε ότι το χρώμα των τροφίμων αναμφίβολα διαχέεται πιο γρήγορα στο ζεστό νερό σε σύγκριση με το κρύο νερό.

Εδώ, όλο το παιχνίδι είναι οι δονήσεις του μορίου που συμβαίνουν πιο γρήγορα σε υψηλότερες θερμοκρασίες από ότι σε συγκριτικά χαμηλότερες θερμοκρασίες. Αυτός είναι ο λόγος για την ταχύτερη διάχυση στο ζεστό νερό. Σε όλη την ημιπερατή μεμβράνη, η κίνηση των μορίων του νερού είναι ταχύτερη όταν η θερμοκρασία θεωρείται υψηλή.

Η επόμενη ενότητα εξηγεί τη θεωρία που βασίζεται στη σύνδεση μεταξύ του ρυθμού διάχυσης και της θερμοκρασίας.

διάχυση και θερμοκρασία
Πιστώσεις εικόνας: Δωρεάν εικόνες pixabay

Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τον ρυθμό διάχυσης;

Είναι αποδεδειγμένο ότι τη μεγαλύτερη ποσότητα κινητικής ενέργειας κατέχουν τα μόρια που έχουν υψηλότερη θερμοκρασία, η οποία τα ωθεί να υποστούν τυχαία κίνηση σε υψηλότερες ταχύτητες που επηρεάζει άμεσα την αύξηση του ρυθμού διάχυσης. Για να το θέσω ωμά, μπορούμε να πούμε ότι όσο αυξάνουμε τη θερμοκρασία,

Η κινητική ενέργεια που διαθέτουν τα μόρια θα είναι αυξημένη. Έτσι, η μέση ταχύτητα του μορίου αυξάνεται επίσης. Έτσι οι συνθήκες θερμοκρασίας συμμετέχουν στην επίδραση της διαδικασίας διάχυσης. Η διάχυση οφείλεται βασικά στην τάση των σωματιδίων να κινούνται στο πλαίσιο της διαφοράς συγκέντρωσης στην περιοχή.

Ας γνωρίζουμε τώρα τη σχέση μεταξύ του συντελεστή διάχυσης και της θερμοκρασίας.

Πώς επηρεάζει η θερμοκρασία τον συντελεστή διάχυσης;

Μια σταθερά συνδέεται με ένα φυσικό μέγεθος. Λειτουργεί ως παράγοντας αναλογικότητας στο νόμο του Fick που περιλαμβάνει τη σχέση μεταξύ της ροής των μορίων που υφίστανται διάχυση καθώς και της βαθμίδας της διάχυσης ή της δύναμης που κινείται.

Ο συντελεστής διάχυσης εξαρτάται βασικά από τη θερμοκρασία καθώς και από μερικές άλλες παραμέτρους. Ο συντελεστής διάχυσης και η θερμοκρασία έχουν αμφότερες μια σχέση ευθείας αναλογικότητας, δηλαδή, όσο προχωράμε στην αύξηση της θερμοκρασίας, διαπιστώνεται ότι ο συντελεστής διάχυσης αυξάνεται επίσης μαζί με τη θερμοκρασία.

Εδώ, θα κατανοήσουμε τη μαθηματική αναλογικότητα που υπάρχει μεταξύ του ρυθμού διάχυσης και της θερμοκρασίας.

Τι συμβαίνει με τον ρυθμό διάχυσης αν αυξηθεί η θερμοκρασία;

Βασικά, η διάχυση θα επηρεαστεί από την κινητική ενέργεια. Έχουμε ήδη μάθει ότι η αύξηση της θερμοκρασίας καθίσταται άμεσα υπεύθυνη για την αύξηση της μοριακής ταχύτητας, η οποία σχετίζεται με την κινητική ενέργεια που διαθέτει. Με παρόμοιο τρόπο, η ταχύτητα με την οποία ρέουν τα μόρια μπορεί να μειωθεί μόνο μειώνοντας τη θερμοκρασία.

Αυτό τους επιτρέπει να μεταφέρονται ταχύτερα από την περιοχή που αντιστοιχεί στην υψηλότερη συγκέντρωση στη χαμηλότερη συγκέντρωση. Η εμπλοκή της θερμοκρασίας έχει επηρεάσει το βάρος των σωματιδίων, δηλαδή τα βαρύτερα σωματίδια τείνουν να αλληλεπιδρούν πιο αποτελεσματικά με το περιβάλλον.

Ονομάστε τους παράγοντες που θα επηρεάσουν τον ρυθμό διάχυσης.

Οι παράγοντες που πιστεύεται ότι επηρεάζουν τον ρυθμό διάχυσης δίνονται παρακάτω:

  • Θερμοκρασία
  • Μέγεθος του σωματιδίου που υφίσταται διάχυση
  • Διαφορά συγκέντρωσης
  • Πυκνότητα διαλύτη
  • Πίεση
  • Διαχυτική ουσία.

Πώς το μέγεθος του μορίου επηρεάζει τη διάχυση;

Καθώς το μέγεθος του μορίου αυξάνεται, αυξάνεται ο όγκος που καταλαμβάνουν όλα τα μόρια της περιοχής. Τώρα, φυσικά, γίνεται δύσκολο για μεγαλύτερο όγκο να διαχέεται σε μικρότερη επιφάνεια, με αποτέλεσμα να χρειάζεται περισσότερος χρόνος για τη διάχυση καθιστώντας την λιγότερο αποτελεσματική από πριν.

Εξηγήστε την εξάρτηση της διάχυσης από τη θερμοκρασία με ένα παράδειγμα.

Ας εξετάσουμε το παράδειγμα της διάχυσης του αίματος μέσω του νερού. Όταν παίρνουμε ζεστό νερό, τα μόρια του αίματος διαχέονται ή κινούνται πιο γρήγορα από ότι όταν λαμβάνεται κρύο νερό. δηλαδή, τείνουν να κινούνται με αργό ρυθμό όταν διαχέονται σε κρύο νερό. Η ίδια θεωρία μπορεί επίσης να γίνει κατανοητή λαμβάνοντας υπόψη το χρώμα των τροφίμων στη θέση του αίματος.

Ποιος είναι ο νόμος που διέπει το ρυθμό διάχυσης;

Ο νόμος που αναφέρεται στο ρυθμό διάχυσης είναι ο νόμος του Graham που λέει ότι ο ρυθμός διάχυσης σχετίζεται αντιστρόφως με την τετραγωνική ρίζα της μοριακής μάζας της υπό εξέταση ουσίας στην οποία μελετάται η διάχυση.

Πώς σχετίζεται η διάχυση με τις θερμές και τις χαμηλές θερμοκρασίες;

Μπορούμε να πούμε ότι τα σωματίδια του ρευστού τείνουν να ρέουν ή να υφίστανται διάχυση με ταχύτερο τρόπο σε σημαντικά υψηλές θερμοκρασίες σε σύγκριση με εκείνους σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Αυτό μπορεί να παρατηρηθεί πραγματοποιώντας ένα απλό πείραμα ανάμειξης χρωστικών τροφίμων σε νερό. Μπορούμε να δούμε ότι το χρώμα των τροφίμων αναμφίβολα διαχέεται πιο γρήγορα στο ζεστό νερό σε σύγκριση με το κρύο νερό.

μεγέθη μορίων
Πιστώσεις εικόνας: Δωρεάν εικόνες pixabay

Σε ποια κατάσταση της ύλης είναι περισσότερο η διάχυση;

Έχει παρατηρηθεί πειραματικά ότι τα μόρια στην αέρια κατάσταση της ουσίας τείνουν να υφίστανται διάχυση πιο γρήγορα από εκείνη των μορίων που σχετίζονται με τη στερεά κατάσταση της ουσίας, καθώς στην αέρια κατάσταση, τα μόρια είναι παρόντα πιο ελεύθερα, και ως εκ τούτου μπορούν να ταξιδεύετε από περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης με λιγότερες συγκρούσεις ή λιγότερη αντίσταση.

μόρια
Πιστώσεις εικόνας: Δωρεάν εικόνες pixabay

 

Συμπέρασμα

Είναι αποδεδειγμένο ότι τη μεγαλύτερη ποσότητα κινητικής ενέργειας κατέχουν τα μόρια που έχουν υψηλότερη θερμοκρασία, η οποία τα ωθεί να υποστούν τυχαία κίνηση σε υψηλότερες ταχύτητες που επηρεάζει άμεσα την αύξηση του ρυθμού διάχυσης. Για να το πούμε ωμά, μπορούμε να πούμε ότι όσο αυξάνουμε τη θερμοκρασία, η κινητική ενέργεια που διαθέτουν τα μόρια θα αυξάνεται, άρα αυξάνεται και η μέση ταχύτητα του μορίου.

Διαβάστε επίσης: