ما هو انتشار في الفيزياء فرق. الملخص: الموضوع: "الانتشار في الطبيعة الحية وغير الحية. انتشار الغازات في المعادن
الإنتشار و ؛ F. [من خط العرض. الانتشار - الانتشار والانتشار] 1. فيز. الاختراق المتبادل للمواد الملامسة لبعضها البعض بسبب الحركة الحرارية لجزيئات المادة. الغازات. د- السوائل. 2. الاختراق والتبادل لشيء ما. القاموس التوضيحي كوزنتسوف
الانتشار هو لاتيني للانتشار أو التفاعل. يعد الانتشار مفهومًا مهمًا جدًا في الفيزياء. جوهر الانتشار هو تغلغل بعض جزيئات مادة ما في أخرى. في عملية الخلط ، يتم معادلة تركيزات كلتا المادتين على الحجم الذي تشغله. تذهب المادة من مكان به تركيز أعلى إلى مكان به تركيز أقل ، ونتيجة لذلك ، يحدث معادلة التركيزات. بعد النظر في ماهية الانتشار ، يجب على المرء أن ينتقل إلى الظروف التي يمكن أن تؤثر على معدل هذه الظاهرة.
العوامل المؤثرة على الانتشار
لفهم ما يعتمد عليه الانتشار ، ضع في اعتبارك العوامل التي تؤثر عليه.
الانتشار يعتمد على درجة الحرارة. سيزداد معدل الانتشار مع زيادة درجة الحرارة ، لأنه مع ارتفاع درجة الحرارة ، ستزداد سرعة حركة الجزيئات ، أي أن الجزيئات ستختلط بشكل أسرع. ستؤثر حالة تجميع المادة أيضًا على ما يعتمد عليه الانتشار ، أي معدل الانتشار. يعتمد الانتشار الحراري على نوع الجزيء. على سبيل المثال ، إذا كان الجسم معدنًا ، فإن الانتشار الحراري يستمر بشكل أسرع ، على عكس ما إذا كان الجسم مصنوعًا من مادة تركيبية. الإنتشار بين المواد الصلبة بطيء جدا. الانتشار له أهمية كبيرة في الطبيعة وفي حياة الإنسان.
أمثلة على الانتشار
لفهم ما هو الانتشار بشكل أفضل ، دعونا نفكر فيه بأمثلة. جزيئات المواد ، بغض النظر عن حالة تجمعها ، تتحرك باستمرار. وبالتالي ، يحدث الانتشار في الغازات ، ويمكن أن يحدث في السوائل ، وكذلك في المواد الصلبة. الانتشار هو خلط الغازات. في أبسط الحالات ، هو انتشار الروائح. إذا وضعت أي صبغة في الماء ، فسيتم تلوين السائل بالتساوي بعد فترة. إذا كان معدنان على اتصال ، عند حدود التلامس ، تختلط جزيئاتهما.
إذن ، الانتشار هو خلط جزيئات مادة ما أثناء حركتها الحرارية العشوائية.
كل هذه الأنواع من الانتشار موصوفة بنفس الظواهر. علاقات.
مفاهيم أساسية. السمة الرئيسيةالانتشار هو كثافة تدفق الانتشار J - عدد الجزر المنقولة لكل وحدة زمنية عبر مساحة وحدة من السطح ، عموديًا على اتجاه النقل. إذا كان في بيئة لا يوجد فيها تدرجات t-ry ، ضغط ، كهربائي. الجهد ، وما إلى ذلك ، هناك تدرج تركيز ج (س ، تي) ، والذي يميز تغيره لكل وحدة طول في اتجاه س (حالة أحادية البعد) في الوقت تي ، ثم في وسط متناحٍ عند السكون
J = - D (ds / dx) ، (1)
حيث D هو معامل الانتشار (م 2 / ث) ؛ تشير علامة الطرح إلى اتجاه التدفق من التركيزات الأعلى إلى الأقل. التوزيع المكاني الزماني للتركيز:
تسمى الأورنية (1) و (2). قانون فيك الأول والثاني. الانتشار ثلاثي الأبعاد [c (x، y، z؛ t)] موصوف بواسطة ur-ny:
J = - د غراد ج (3)
حيث J هو متجه كثافة تدفق الانتشار ، و grad هو التدرج في مجال التركيز. يتم نقل الجسيمات في الوسط كسلسلة من حركاتها العشوائية ، وتقاسم المنافع. لا يعتمد حجم واتجاه كل منهم على السابقة. عادة ما تتميز حركة الانتشار في وسط كل جسيم بإزاحة الجذر التربيعي المتوسط L 2 من الموضع الأولي في الوقت t. ل مساحة ثلاثية الأبعادالعلاقة الأولى لأينشتاين صحيحة: L 2 = GDt. وهكذا ، فإن المعلمة D تميز فعالية تأثير الوسط على الجسيمات. في حالة الانتشار في مخاليط متعددة المكونات في غياب تدرجات الضغط و t-ry (انتشار متساوي الضغط-متساوي الحرارة) ، لتبسيط وصف الاختراق المتبادل للمكونات في وجود تدرجات لتركيزاتها ، ما يسمى ب. معاملات الانتشار. على سبيل المثال ، مع انتشار أحادي البعد في نظام مكون من عنصرينيأخذ التعبير عن تدفق الانتشار لأحد المكونات الشكل:
حيث c 1 + c 2 = const ، D 12 = D 21 - المعامل. الانتشار المتبادل لكلا المكونين. نتيجة للتسخين غير المتكافئ للوسط تحت تأثير التدرج اللوني لـ t-ry ، يتم نقل مكونات مخاليط الغاز أو السائل - الانتشار الحراري (في المحاليل - تأثير Soret). إذا كان بين أجزاء منفصلةيبقى النظام ثابتًا آر الفرق، ثم بسبب الانتشار الحراري في حجم الخليط ، تظهر تدرجات تركيز المكون ، والتي تبدأ بالانتشار العادي. هذا الأخير في حالة ثابتة (في حالة عدم وجود تدفق للمواد) يوازن الانتشار الحراري ، وينشأ اختلاف في تركيزات المكونات في النظام. يكمن هذا التأثير في أساس إحدى طرق فصل النظائر ، بالإضافة إلى فصل الانتشار الحراري لكسور الزيت. مع تحويلة. التأثير على نظام انحدار الضغط أو الجاذبية. المجال ، يحدث انتشار البارود. أمثلة: ترسيب الانتشار للجسيمات العالقة الصغيرة عندما تصطدم بجزيئات الغاز (انظر جمع الغبار) ؛ عمليات الغشاء - التناضح العكسي ، الترشيح الدقيق والفائق (انظر عمليات فصل الأغشية ، التناضح). العمل على تحويلة النظام. كهربائي يسبب المجال نقلًا موجهًا للجسيمات المشحونة - الانتشار الكهربائي. أمثلة: عمليات الغشاء الكهربائي ، مثل الغسيل الكهربائي - الفصل بالكهرباء كون المتأين الحالي. نتيجة المنتخب. نقل الأيونات من خلال أغشية التبادل الأيوني ؛ انتشار ناقلات الشحنة هو حركة إلكترونات التوصيل والثقوب الناتجة عن عدم تجانس تركيزها في أشباه الموصلات. رياضيا ، قوانين فيك مماثلة لمعادلات فورييه للتوصيل الحراري. هذا القياس مبني على قوانين عامة عمليات لا رجوع فيهاإعادة توزيع معاملات الحالة المكثفة (التركيز ، t-ry ، الضغط ، إلخ) بين ديسمبر. أجزاء k.-l. النظام لأنه يميل إلى الديناميكا الحرارية. الرصيد. عند الانحرافات الصغيرة للنظام عنه ، يتم وصف هذه الأنماط من خلال العلاقات الخطية بين التدفقات المادية. الكميات والديناميكا الحرارية. القوى ، أي تدرجات المعلمات التي تسبب الانحرافات المشار إليها. على وجه الخصوص ، يمكن تحديد تدفق انتشار الجسيمات من هذا النوع ، بالإضافة إلى تدرجات تركيزات الجسيمات من كل نوع ، في ظل الظروف المناسبة ، إلى حد كبير من خلال تدرجات المعلمات المكثفة الأخرى و ext. القوات. الخامس نظرة عامةيتم وصف العلاقة بين التدفقات والقوى بشكل ظاهري. ur- نشوئها من الديناميكا الحرارية للعمليات التي لا رجعة فيها. على سبيل المثال ، في حالة نظام الغاز الثنائي المحايد كهربائيًا في وجود تدرج من t-ry dT / dx ، وتدرج ضغط dT / dx وتدرج كهربائي. المحتملة دي / dx التعبير عن انتشار تدفق الجسيمات مع تأخذ الشحنة q i في الحالة أحادية البعد الشكل:
حيث c هو العدد الإجمالي لجزيئات الخليط لكل وحدة حجم ؛ ن أنا = ج أنا / ج - العلاقات. نسبة جسيمات المكون i (i = 1 ، 2) ؛ D p ، D T - المعامل. الانتشار البارو والحراري.م i = q i D / kТ (نسبة نرنست إلى أينشتاين) هي تنقل جسيمات المكون الأول في الكهرباء. حقل؛ ك هو ثابت بولتزمان ؛ نوافذ التبويب. تي را. على سبيل المثال ، في خليط غاز ثنائي عند ضغط ثابت وبدون تحويلات. يفرض التدفق الكلي للانتشار
في حالة عدم وجود تدفق (J = 0) ، يتم العثور على توزيع التركيز بواسطة f-le:
حيث k T = D T / D 12. كويف. D T تعني. تعتمد الدرجة على التفاعل بين الجزيئات ، لذلك تتيح لك دراستها استكشاف القوى بين الجزيئات في التحليل. البيئات. بالتزامن مع انتشار جزيئات المواد الغريبة (الشوائب) ، الموزعة بشكل غير متساو في K.-L. البيئة ، يحدث الانتشار الذاتي - حركة عشوائية لجزيئات البيئة نفسها ، كيميائية. لا يتغير تكوين القطع في نفس الوقت. لوحظت هذه العملية حتى في غياب الديناميكا الحرارية في النظام. القوى ، التي وصفتها إشارات Fick ، حيث يتم استبدال D بالمعامل D c ، يسمى المعامل. الانتشار الذاتي. يمكن أن تؤدي تأثيرات الانتشار الذاتي إلى تضفير عينتين أرضيتين من نفس المادة ، وتلبيد المساحيق عند تمرير الطاقة الكهربائية من خلالها. التيار ، لتمتد الأجسام تحت تأثير الحمل المعلق منها (انتشار زحف المواد) ، إلخ. مع الانتشار المتبادل في المواد الصلبة ، يمكن أن يتجاوز تدفق الذرات من نوع ما تدفق الذرات من نوع آخر في الاتجاه المعاكس ، إذا لم يتم تعويضه. الشواغر (وربما للذرات غير المعوّضة) توجد أحواض. في هذه الحالة ، تظهر المسام في البلورة ، مما يؤدي إلى انتهاك استقرار البلورة. المشابك مثل الفراء. أنظمة ، ونتيجة لذلك ، إلى الإزاحة البلورية. الطائرات ككل (تأثير كيركيندال). على وجه الخصوص ، في حالة الانتشار المتبادل في المعادن الثنائية. في الأنظمة ، هناك حركة من العلامات "الخاملة" ، على سبيل المثال ، الأسلاك المقاومة للحرارة الرقيقة من Mo أو W التي يبلغ قطرها عدة. أدخل ميكرومتر في منطقة الانتشار. معدل نقل كتلة الانتشار في decomp. in-wahs أو المواد ، من الملائم أحيانًا وصف ثابت نفاذيتها P = Dز ، حيث ز - ثابت هنري ، الذي يحدد القيمة الاحتمالية للتوازن للمكوِّن المنقول. على وجه الخصوص ، ينتشر التعبير عن التدفق المستمر لجزيئات الغاز من خلال الحاجز. سمك التقسيم (الغشاء)د ، له الشكل: J = П gD р / d ، حيث D p هو الاختلاف في الضغوط الجزئية للمكونات المنفصلة لخليط الغاز على جانبي القسم. كويف. يختلف الانتشار بشكل كبير عن عمليات الانتشار في الوسائط الغازية والمكثفة (السائلة والصلبة): naib. تنتقل الجزيئات بسرعة في الغازات (D حوالي 10 - 4 م 2 / ث في درجة الحرارة والضغط العاديين) ، أبطأ - في السوائل (حوالي 10 - 9) ، حتى أبطأ - في المواد الصلبة (حوالي 10 - 12). دعونا نوضح هذه الاستنتاجات بأمثلة على الانتشار الجزيئي.
الانتشار في الوسط الغازي.لتقدير D ، يتم أخذ طول الحر على أنه خاصية (متوسط) الإزاحة للجسيمات. نطاق الجزيئات l = uر ، أين ش و ر - متوسط سرعة حركة الجسيمات والوقت بين اصطداماتها. وفقًا لعلاقة أينشتاين الأولى D ~ l 2ر -1 ؛ بتعبير أدق ، D = 1/3 lu. كويف. يتناسب الانتشار عكسياً مع ضغط الغاز p ، حيث l ~ 1 / p ؛ مع زيادة درجة الحرارة T (عند حجم ثابت) يزيد D بما يتناسب مع T 1/2 ، لأن ؛ مع زيادة الرصيف. تقل كتلة الغاز د. حسب الحركية. نظرية الغازات كال. الانتشار المتبادل للغازات A و B في خليط ثنائي (الجدول 1)
حيث p هو الضغط الكلي في النظام ، و t A و t B هما كتل الغازات ،ق أ و ق ب - معلمات إمكانات لينارد جونز (انظر ، على سبيل المثال ، الامتصاص).
عملية كبيرة المهم هو نقل الغازات عبر المسام في المواد الصلبة. في ضغوط الغاز المنخفضة نسبيًا أو أحجام المسام (r 0) ، عندما يتجاوز تكرار تصادم جزيئات الغاز بجدران المسام تواتر الاصطدامات المتبادلة للجزيئات ، أي متوسط طولها الحر. تشغيل l >> r 0 (للضغط العادي عند r 0< 10 - 7 م) ، ما يسمى. انتشار كنودسن. في هذه الحالة ، يتناسب تدفق الغاز عبر القسم المسامي مع متوسط سرعة الجزيئات ويتم تحديد ثابت نفاذية الغاز من المعادلة:
حيث N s هي كثافة سطح المسام في الحاجز. بقدر ما متوسط السرعةالجزيئات متناسبة عكسيا الجذر التربيعيمن كتلها ، تخترق مكونات خليط الغاز المنفصل عبر مسام الغشاء مع فكها. سرعات. نتيجة لذلك ، يتم إثراء الخليط الذي يمر عبر القسم بمكونات أخف. مع زيادة ضغط الغاز في مثل هذه الأنظمة المسامية ، يزداد التركيز السطحي للجزيئات الممتصة على جدران المسام. الممتزات المشكلة. يمكن أن تكون الطبقة متحركة وتتحرك على طول سطح المسام ، ونتيجة لذلك ، بالتوازي مع نقل الانتشار الحجمي ، يكون انتشار الغاز السطحي ممكنًا فيه. هذا الأخير يجعل في بعض الأحيان مخلوقات. التأثير على حركية الكيمياء. التحولات ، مما تسبب في توزيع غير متوازن في نظام التفاعل. الكواشف.
الانتشار في الوسائط المكثفة.في السوائل والمواد الصلبة ، يتم الانتشار عن طريق قفز الجسيمات من موضع ثابت إلى آخر ، والمسافة بينهما في حدود الجزيئات. لمثل هذه القفزات ، يلزم إعادة ترتيب محلية لأقرب بيئة لكل جسيم (يتميز احتمال إعادة الترتيب بانتروبيا التنشيطد S) والتراكم العشوائي في هذه المنطقة لكمية معينة من الطاقة الحرارية E D (طاقة تنشيط الانتشار). بعد القفز ، يجد كل جسيم نفسه في وضع جديد مفضل للطاقة ، وتتبدد الطاقة المنبعثة في الوسط. علاوة على ذلك ، D = D 0 exp (- E D / RT) ، حيث D 0 = n exp (D S / R) هو عامل إنتروبيا يعتمد على تكرار "الصدمة الحرارية" لجزيئات الوسط (ن ~ 10 12 ثانية - 1) ، R هو ثابت الغاز. يتم تحديد حركة انتشار الجسيمات في السائل من خلال خصائصها اللزجة وحجم الجسيمات وتتميز بما يسمى. إمكانية التنقل(~ D / kT من أين D ~ ( kT (علاقة أينشتاين الثانية). معامل(- معامل. التناسب بين سرعة الجسيم والدافع القوة F أثناء الحركة الثابتة مع الاحتكاك (u =(F). على سبيل المثال ، في حالة الجسيمات المتناظرة كرويًا نصف قطرها r(= 1/6 ص ص ح (T) ، فإن معادلة Stokes-Einstein صحيحة: D = kT / 6 p r h (T) ، حيث h (T) - احتمالات. متحرك لزوجة الوسط كدالة لـ t-ry. يتم تفسير الزيادة في D مع زيادة t-ry في السوائل عن طريق انخفاض كثافة التعبئة لجزيئاتها ("فك الهيكل") تحت التسخين. ونتيجة لذلك ، زيادة عدد قفزات الجسيمات لكل وحدة زمنية. كويف. تعريف قضايا مختلفةفي السوائل في الجدول. 2 و 3 ؛ القيم المميزة لـ E D ~ 20-40 kJ / mol.
كويف. الانتشار في مادة صلبة. الهيئات لها وسائل. ينتشر ، ويصل في بعض الحالات إلى قيم مماثلة للمعلمات المقابلة في السوائل. نائب. المهم هو انتشار الغازات في البوليمرات. كويف. يعتمد الانتشار فيها (الجدول 4) على حجم الجزيئات المنتشرة ، وخصائص التفاعل. مع شظايا الجزيئات الكبيرة ، تنقل سلاسل البوليمر ، مجانًا. حجم البوليمر (الفرق بين الحجم الحقيقي والحجم الكلي للجزيئات المكدسة بكثافة) وعدم تجانس بنيته.
ترجع القيم العالية لـ D عند t-ts فوق t-t من التزجج للبوليمرات إلى القدرة العالية على الحركة في ظل هذه الظروف لشظايا الجزيئات الكبيرة ، مما يؤدي إلى إعادة توزيع المواد المجانية. حجم و acc. تصاعديد S ونقصان E D. عند t-ts أقل من معامل التزجج t-ry. الانتشار ، كقاعدة عامة ، له قيم أقل. في حالة انتشار السائل في البوليمرات ، قد تعتمد قيم D على تركيز المكونات الذائبة بسبب تأثيرها في التلدين. كويف. يعني انتشار الأيونات في راتنجات التبادل الأيوني. يتم تحديد الدرجات من خلال محتواها من الرطوبة (متوسط عدد n جزيئات الماء لكل واحد أيونوجينيك
مجموعة). في محتوى الرطوبة العالية (ن> 15) معدلات الانتشار قابلة للمقارنة مع D المقابل للأيونات في الإلكتروليتات (انظر الجدولين 5 و 3). عندما n< 10 коэф. диффузии экспоненциально снижаются с уменьшением п.
في صلب inorg. الهيئات ، حيث تكون الحصة مجانية. حجم وسعة اهتزازات الذرات البلورية. المشابك غير ذات أهمية ، والانتشار يرجع إلى وجود اضطرابات في بنيتها (انظر. عيوب في البلورات) تنشأ أثناء التصنيع ، والتدفئة ، والتشوه ، والتأثيرات الأخرى. في هذه الحالة ، م. نفذت عدة. آليات الانتشار: تبادل أماكن الذرات وتبادل أماكن ذرتين متجاورتين ، دوري في وقت واحد. عدة تتحرك.
تعريف
مثال على الانتشار هو خلط الغازات (على سبيل المثال ، انتشار الروائح) أو السوائل (إذا تم إسقاط الحبر في الماء ، فسيصبح السائل ملونًا بشكل موحد بعد فترة). مثال آخر يتعلق بالمادة الصلبة: تختلط ذرات المعادن الملامسة عند حدود التلامس. يلعب انتشار الجسيمات دورًا مهمًا في فيزياء البلازما.
عادة ، يُفهم الانتشار على أنه عمليات مصحوبة بنقل المادة ، لكن أحيانًا تسمى عمليات النقل الأخرى أيضًا بالانتشار: التوصيل الحراري ، الاحتكاك اللزج ، إلخ.
معدل الانتشار يعتمد على العديد من العوامل. وهكذا ، في حالة قضيب معدني ، يستمر الانتشار الحراري بسرعة كبيرة. إذا كان القضيب مصنوعًا من مادة تركيبية ، فإن الانتشار الحراري يكون بطيئًا. ينتشر انتشار الجزيئات في الحالة العامة بشكل أبطأ. على سبيل المثال ، إذا تم خفض مكعب السكر إلى قاع كوب من الماء ولم يتم تقليب الماء ، فسوف تمر عدة أسابيع قبل أن يصبح المحلول متجانسًا. انتشار واحد المواد الصلبةإلى آخر. على سبيل المثال ، إذا كان النحاس مغطى بالذهب ، فسيحدث انتشار الذهب في النحاس ، ولكن في ظل الظروف العادية (درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي) ، ستصل الطبقة الحاملة للذهب إلى سمك عدة ميكرونات فقط بعد عدة آلاف من السنين.
تم تقديم وصف كمي لعمليات الانتشار من قبل الفيزيولوجي الألماني أ. فيك ( إنجليزي) في عام 1855
وصف عام
تخضع جميع أنواع الانتشار لنفس القوانين. يتناسب معدل الانتشار مع مساحة المقطع العرضي للعينة ، بالإضافة إلى الاختلاف في التركيزات أو درجات الحرارة أو الشحنات (في حالة القيم الصغيرة نسبيًا لهذه المعلمات). وهكذا ، ستنتشر الحرارة أربع مرات أسرع من خلال قضيب يبلغ قطره سنتيمترين مقارنة بقضيب قطره سنتيمتر واحد. ستنتشر هذه الحرارة بشكل أسرع إذا كان فرق درجة الحرارة لكل سنتيمتر هو 10 درجات مئوية بدلاً من 5 درجات مئوية. يتناسب معدل الانتشار أيضًا مع المعلمة التي تميز مادة معينة. في حالة الانتشار الحراري ، تسمى هذه المعلمة الموصلية الحرارية ، في حالة تدفق الشحنات الكهربائية - الموصلية الكهربائية. تتناسب كمية المادة التي تنتشر خلال فترة زمنية معينة والمسافة التي تقطعها المادة المنتشرة مع الجذر التربيعي لوقت الانتشار.
الانتشار هو عملية على المستوى الجزيئي وتتحدد بالطبيعة العشوائية لحركة الجزيئات الفردية. وبالتالي فإن معدل الانتشار يتناسب مع متوسط السرعة الجزيئية. في حالة الغازات ، يكون متوسط سرعة الجزيئات الصغيرة أعلى ، أي أنه يتناسب عكسًا مع الجذر التربيعي للكتلة الجزيئية ويزيد مع زيادة درجة الحرارة. عمليات الانتشار في المواد الصلبةفي درجات حرارة عاليةكثيرا ما تجد الاستخدام العملي... على سبيل المثال ، تستخدم أنواع معينة من أنابيب أشعة الكاثود (CRTs) الثوريوم المعدني المنتشر عبر التنغستن المعدني عند 2000 درجة مئوية.
إذا كانت كتلة جزيء ما في خليط من الغازات أكبر بأربع مرات من كتلة أخرى ، فإن هذا الجزيء يتحرك مرتين أبطأ من حركته في غاز نقي. وفقًا لذلك ، يكون معدل انتشاره أقل أيضًا. يستخدم هذا الاختلاف في معدلات انتشار الجزيئات الخفيفة والثقيلة لفصل المواد ذات الأوزان الجزيئية المختلفة. مثال على ذلك فصل النظائر. إذا تم تمرير غاز يحتوي على نظيرين عبر غشاء مسامي ، فإن النظائر الأخف تخترق الغشاء أسرع من نظائرها الأثقل. لفصل أفضل ، يتم تنفيذ العملية على عدة مراحل. تم استخدام هذه العملية على نطاق واسع لفصل نظائر اليورانيوم (فصل 235 يو من الكتلة الرئيسية 238 يو). نظرًا لأن طريقة الفصل هذه كثيفة الاستخدام للطاقة ، فقد تم تطوير طرق فصل أخرى أكثر اقتصادا. على سبيل المثال ، استخدام الانتشار الحراري في بيئة الغاز... يتم وضع غاز يحتوي على مزيج من النظائر في غرفة يتم فيها الحفاظ على اختلاف درجة الحرارة المكانية (التدرج). في هذه الحالة ، تتركز النظائر الثقيلة في النهاية في المنطقة الباردة.
معادلات فيك
من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، فإن القدرة الدافعة لأي عملية تسوية هي نمو الانتروبيا. عند ضغط ودرجة حرارة ثابتين ، يتم لعب هذه الإمكانات من خلال الجهد الكيميائي µ ، مما يتسبب في الحفاظ على تدفقات المادة. يتناسب تدفق جسيمات المادة مع التدرج المحتمل
~في معظم الحالات العملية ، يتم استخدام التركيز بدلاً من الجهد الكيميائي ج... الاستبدال المباشر µ على ال جيصبح غير صحيح في حالة التركيزات العالية ، حيث يتوقف الجهد الكيميائي عن الارتباط بالتركيز وفقًا للقانون اللوغاريتمي. إذا لم تفكر في مثل هذه الحالات ، فيمكن استبدال الصيغة أعلاه بما يلي:
مما يدل على أن كثافة تدفق المادة ييتناسب مع معامل الانتشار د[()] وتدرج التركيز. هذه المعادلة تعبر عن قانون فيك الأول. يربط قانون Fick الثاني بين التغيرات المكانية والزمانية في التركيز (معادلة الانتشار):
معامل الإنتشار ديعتمد على درجة الحرارة. في بعض الحالات ، في نطاق درجات حرارة واسع ، يكون هذا الاعتماد هو معادلة أرهينيوس.
حقل إضافي مطبق بالتوازي مع تدرج الجهد الكيميائي ينتهك الحالة المستقرة. في هذه الحالة ، يتم وصف عمليات الانتشار بواسطة معادلة فوكر بلانك اللاخطية. عمليات الانتشار لها أهمية عظيمةفي الطبيعة:
- التغذية وتنفس الحيوانات والنباتات.
- اختراق الأكسجين من الدم إلى الأنسجة البشرية.
الوصف الهندسي لمعادلة فيك
في معادلة Fick الثانية ، يوجد على الجانب الأيسر معدل تغير التركيز بمرور الوقت ، وعلى الجانب الأيمن من المعادلة يوجد المشتق الجزئي الثاني ، والذي يعبر عن التوزيع المكاني للتركيز ، وعلى وجه الخصوص ، تحدب توزيع درجة الحرارة دالة مسقطة على المحور س.
أنظر أيضا
- انتشار السطح هو عملية مرتبطة بحركة الجسيمات التي تحدث على سطح جسم مكثف داخل الطبقة السطحية الأولى للذرات (الجزيئات) أو فوق هذه الطبقة.
ملاحظاتتصحيح
المؤلفات
- Bokshtein BSتتجول الذرات حول البلورة. - م: نوكا ، 1984 - 208 ص. - (مكتبة "كوانت" العدد 28). - 150000 نسخة
الروابط
- الانتشار (فيديو تعليمي ، برنامج الصف السابع)
- انتشار ذرات الشوائب على سطح بلورة واحدة
مؤسسة ويكيميديا. 2010.
المرادفات:شاهد ما هو "Diffusion" في القواميس الأخرى:
- [خطوط الطول. الانتشار ، الانتشار] الفيزيائية ، الكيمياء. تغلغل جزيئات مادة واحدة (غاز ، سائل ، صلب) في مادة أخرى عندما تتلامس بشكل مباشر أو من خلال فاصل مسامي. قاموس الكلمات الأجنبية. كومليف نج ، ... ... قاموس الكلمات الأجنبية للغة الروسية
تعريف- - تغلغل جسيمات إحدى المواد في وسط جسيمات مادة أخرى ، والذي يحدث نتيجة للحركة الحرارية في اتجاه تقليل تركيز مادة أخرى. [بلوم E. E. قاموس المصطلحات المعدنية الأساسية. يكاترينبورغ ... موسوعة مصطلحات وتعريفات وشروحات لمواد البناء
الموسوعة الحديثة
- (من انتشار الانتشار والانتشار اللاتيني ، والتشتت) ، حركة جسيمات الوسط ، مما يؤدي إلى نقل المادة ومعادلة التركيزات أو إنشاء توزيع متوازن لتركيزات الجسيمات من نوع معين في الوسط. في غياب… … قاموس موسوعي كبير
DIFFUSION ، حركة مادة في خليط من منطقة عالية التركيز إلى منطقة تركيز منخفض ، بسبب الحركة العشوائية للذرات أو الجزيئات الفردية. يتوقف الانتشار عندما يختفي تدرج التركيز. سرعة… … القاموس الموسوعي العلمي والتقني
تعريف- و. انتشار و. انتشار لات. انتشار الانتشار والانتشار. الاختراق المتبادل للمواد الملامسة لبعضها البعض بسبب الحركة الحرارية للجزيئات والذرات. انتشار الغازات والسوائل. ALS 2. || نقل أنهم… … القاموس التاريخيجالات اللغة الروسية
تعريف- (من اللاتينية الانتشار ، الانتشار ، التشتت) ، حركة جسيمات الوسط ، مما يؤدي إلى نقل المادة ومعادلة التركيزات أو إنشاء توزيع توازنها. عادة ما يتم تحديد الانتشار بالحركة الحرارية ... ... قاموس موسوعي مصور
حركة الجسيمات في اتجاه تناقص تركيزها بسبب الحركة الحرارية. يؤدي إلى معادلة تركيزات المادة المنتشرة والتعبئة المنتظمة للحجم بالجسيمات. ... ... الموسوعة الجيولوجية
المؤسسة التعليمية البلدية Zaozernaya الثانوية مع دراسة متعمقة للمواد الفردية رقم 16
الموضوع: "الانتشار في المعيشة و طبيعة جامدة».
مكتمل:
طالب من الصف الثامن أ زيابريف كيريل.
مدرس الفيزياء: G.M. Zavyalova
مدرس الأحياء: VF Zyabreva
تومسك - 2008
I. مقدمة. ……………………………………………………………… 3
ثانيًا. الانتشار في الطبيعة الحية وغير الحية.
1. تاريخ اكتشاف الظاهرة. ………………………………………. 4
2. الانتشار ، أنواعه. ………………………………………… .. 6
3. ما الذي يحدد معدل الانتشار؟ ……………………… .. 7
4. الانتشار في الطبيعة غير الحية. ……………………………... ثمانية
5. انتشار في الطبيعة. …………………………………… 9
6. استعمال ظواهر الانتشار. ……………………………. السادس عشر
7. تصميم الظواهر الفردية للانتشار. ……………… 17
ثالثا. استنتاج. …………………………………………………… ... عشرون
رابعا. كتب مستخدمة. ………………………………………. ... 21
I. مقدمة.
كم عدد الأشياء المدهشة والممتعة التي تحدث حولنا. النجوم البعيدة تلمع في سماء الليل ، شمعة تحترق في النافذة ، تحمل الرياح رائحة كرز الطيور المتفتحة ، جدة مسنة تعتني بك…. أريد أن أتعلم الكثير ، حاول أن أشرح ذلك بنفسي. بعد كل شيء ، كثير ظاهرة طبيعيةالمرتبطة بعمليات الانتشار ، والتي تحدثنا عنها مؤخرًا في المدرسة. ولكن القليل جدا قيل!
أهداف العمل :
1. توسيع وتعميق المعرفة بالانتشار.
2. محاكاة عمليات الانتشار الفردية.
3. إنشاء مواد حاسوبية إضافية لاستخدامها في دروس الفيزياء والأحياء.
مهام:
1. إيجاد المادة اللازمة في الأدب والإنترنت ودراستها وتحليلها.
2. اكتشف أين توجد ظواهر الانتشار في الطبيعة الحية وغير الحية (الفيزياء والبيولوجيا) ، وما هي قيمتها ، وأين يتم تطبيقها من قبل البشر.
3. وصف وتصميم أكثر تجارب ممتعةحول هذه الظاهرة.
4. إنشاء نماذج متحركة لبعض عمليات الانتشار.
طرق: تحليل وتوليف الأدب والتصميم والنمذجة.
عملي مقسم إلى ثلاثة أجزاء ؛ يتكون الجزء الرئيسي من 7 فصول. لقد درست وعالجت المواد 13 مصادر أدبية، بما في ذلك المؤلفات التعليمية والمرجعية والعلمية ومواقع الإنترنت ، بالإضافة إلى عرض تقديمي تم إجراؤه في محرر Power Point.
ثانيًا. الانتشار في الطبيعة الحية وغير الحية.
ثانيًا .واحد. تاريخ اكتشاف ظاهرة الانتشار.
عند ملاحظة تعليق حبوب اللقاح في الماء تحت المجهر ، لاحظ روبرت براون الحركة الفوضوية للجسيمات ، والتي تنشأ "ليس من حركة السائل وليس من تبخره". الجسيمات المعلقة بحجم 1 ميكرون وأقل وضوحًا فقط تحت المجهر تؤدي حركات مستقلة مضطربة ، تصف مسارات متعرجة معقدة. لا تتضاءل الحركة البراونية بمرور الوقت ولا تعتمد عليها الخواص الكيميائيةالأربعاء؛ تزداد شدته مع زيادة درجة حرارة الوسط وانخفاض في اللزوجة وحجم الجسيمات. حتى التفسير النوعي لأسباب الحركة البراونية كان ممكنًا بعد 50 عامًا فقط ، عندما بدأ سبب الحركة البراونية في الارتباط بتأثير الجزيئات السائلة على سطح جسيم معلق فيه.
أول نظرية كمية للحركة البراونية قدمها أ. أينشتاين وم. سمولوتشوفسكي في 1905-06. على أساس النظرية الحركية الجزيئية. وتبين أن مناحي عشوائي الجسيمات البراونيةالمرتبطة بمشاركتهم في الحركة الحرارية على قدم المساواة مع جزيئات الوسط الذي يتم وزنهم فيه. تمتلك الجسيمات في المتوسط نفس الطاقة الحركية ، ولكن نظرًا لكتلتها الأكبر ، فإن سرعتها أقل. تشرح نظرية الحركة البراونية الحركة العشوائية للجسيم بفعل القوى العشوائية من الجزيئات وقوى الاحتكاك. وفقًا لهذه النظرية ، تكون جزيئات السائل أو الغاز في حركة حرارية ثابتة ، وعزم الجزيئات المختلفة يختلف من حيث الحجم والاتجاه. إذا كان سطح الجسيم الموضوع في مثل هذا الوسط صغيرًا ، كما هو الحال بالنسبة للجسيم البراوني ، فلن يتم تعويض التأثيرات التي يتعرض لها الجسيم من الجزيئات المحيطة به تمامًا. لذلك ، نتيجة "قصف" الجزيئات ، يدخل الجسيم البراوني في حركة غير منظمة ، ويغير حجم واتجاه سرعته تقريبًا 1014 مرة في الثانية. يتبع من هذه النظرية أنه من خلال قياس إزاحة الجسيم خلال فترة زمنية معينة ومعرفة نصف قطرها ولزوجة السائل ، يمكن للمرء حساب رقم أفوجادرو.
تم تأكيد استنتاجات نظرية الحركة البراونية من خلال قياسات J.Perrin و T. Svedberg في عام 1906. على أساس هذه العلاقات ، تم تحديد ثابت بولتزمان وثابت أفوجادرو تجريبياً. (ثابت أفوجادرو يُرمز إليها بـ NA ، عدد الجزيئات أو الذرات في مول واحد من مادة ، NA = 6.022.1023 مول -1 ؛ اسم تكريما لـ A. Avogadro.
ثابت بولتزمان ثابت فيزيائي كيساوي نسبة ثابت الغاز العام صلرقم أفوجادرو نأ: ك = ص / نأ = 1.3807.10-23 جول / ك. سميت على اسم L. Boltzmann.)
عند مراقبة الحركة البراونية ، يتم تثبيت موضع الجسيم على فترات منتظمة. كلما كانت الفترات الزمنية أقصر ، كلما بدا مسار الجسيمات ملتويًا.
تعمل أنماط الحركة البراونية بمثابة تأكيد واضح للأحكام الأساسية لنظرية الحركية الجزيئية. ثبت أخيرًا أن الشكل الحراري لحركة المادة يرجع إلى الحركة الفوضوية للذرات أو الجزيئات التي تشكل أجسامًا عيانية.
لعبت نظرية الحركة البراونية دورًا مهمًا في إثبات الميكانيكا الإحصائية التي تستند إليها النظرية الحركيةتخثر (خلط) المحاليل المائية. بالإضافة إلى ذلك ، فقد و أهمية عمليةفي علم القياس ، حيث تعتبر الحركة البراونية العامل الرئيسي الذي يحد من دقة أدوات القياس. على سبيل المثال ، يتم تحديد حد دقة قراءات الجلفانومتر المرآة عن طريق اهتزاز المرآة ، مثل جسيم براوني تقصفه جزيئات الهواء. تحدد قوانين الحركة البراونية الحركة العشوائية للإلكترونات التي تسبب ضوضاء في الدوائر الكهربائية. يتم تفسير الخسائر العازلة في المواد العازلة من خلال الحركات العشوائية للجزيئات ثنائية القطب التي تشكل العازل. تزيد الحركات العشوائية للأيونات في محاليل الإلكتروليت من مقاومتها الكهربائية.
مسارات الجسيمات البراونية (مخطط تجربة بيرين) ؛ تحدد النقاط مواضع الجسيمات على فترات منتظمة.
في هذا الطريق، الإنتشار أو الحركة البراونية - هو - هي حركة غير منظمة لأصغر الجسيمات العالقة في سائل أو غاز ، والتي تحدث تحت تأثير تأثيرات الجزيئات البيئية ؛ افتح
ر.براون عام 1827
ثانيًا. 2. الانتشار ، أنواعه.
فرّق بين الانتشار والانتشار الذاتي.
عن طريق الانتشار هو الاختراق التلقائي لجزيئات مادة ما في الفراغات بين جزيئات مادة أخرى... في هذه الحالة ، يتم خلط الجسيمات. لوحظ انتشار الغازات والسوائل والمواد الصلبة. على سبيل المثال ، يتم خلط قطرة من الحبر في كوب من الماء. أو رائحة الكولونيا تنتشر في جميع أنحاء الغرفة.
الانتشار ، مثل الانتشار الذاتي ، موجود طالما كان هناك تدرج كثافة للمادة. إذا لم تكن كثافة أي مادة واحدة ونفس المادة هي نفسها في أجزاء مختلفة من الحجم ، عندئذٍ تُلاحظ ظاهرة الانتشار الذاتي. الانتشار الذاتي تسمى عملية معادلة الكثافة(أو تركيز متناسب معها) نفس المادة... يحدث الانتشار والانتشار الذاتي بسبب الحركة الحرارية للجزيئات ، والتي ، في حالات عدم التوازن ، تخلق تدفقات للمادة.
كثافة تدفق الكتلة هي كتلة المادة ( د م) نشر لكل وحدة زمنية عبر مساحة وحدة ( dS رر) عمودي على المحور x :
(1.1)
ظاهرة الانتشار تخضع لقانون فيك
(1.2)
أين هو معامل تدرج الكثافة ، والذي يحدد معدل التغير في الكثافة في اتجاه المحور X ;
دهو معامل الانتشار ، والذي يتم حسابه من النظرية الحركية الجزيئية بواسطة الصيغة
(1.3)
أين هو متوسط سرعة الحركة الحرارية للجزيئات ؛
متوسط المسار الحر للجزيئات.
يشير الطرح إلى أن انتقال الكتلة يحدث في اتجاه تناقص الكثافة.
المعادلة (1.2) تسمى معادلة الانتشار أو قانون فيك.
ثانيًا. 3. معدل الانتشار.
عندما يتحرك جسيم في مادة ما ، فإنه يصطدم بجزيئاته باستمرار. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل الانتشار في الظروف العادية أبطأ من الحركة العادية. ما الذي يحدد معدل الانتشار؟
أولاً ، من متوسط المسافة بين اصطدام الجسيمات ، أي طول المسار الحر. وكلما زاد هذا الطول ، زادت سرعة اختراق الجسيم للمادة.
ثانياً ، الضغط يؤثر على السرعة. كلما زادت كثافة تعبئة الجسيمات في مادة ما ، زادت صعوبة اختراق الجسيمات الغريبة في مثل هذه التعبئة.
ثالثًا ، يلعب الوزن الجزيئي للمادة دورًا مهمًا في معدل الانتشار. كلما كان الهدف أكبر ، زادت احتمالية ضربه ، وبعد الاصطدام ، تتباطأ السرعة دائمًا.
ورابعًا درجة الحرارة. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد اهتزازات الجسيمات وتزداد سرعة الجزيئات. ومع ذلك ، فإن سرعة الانتشار أبطأ ألف مرة من سرعة الحركة الحرة.
تخضع جميع أنواع الانتشار لنفس القوانين ، الموصوفة بمعامل الانتشار D ، وهو العدديةويتم تحديده من قانون فيك الأول.
مع انتشار أحادي البعد 
,
حيث J هي كثافة تدفق الذرات أو عيوب مادة ،
د - معامل الانتشار ،
N هو تركيز الذرات أو العيوب في مادة ما.
الانتشار هو عملية على المستوى الجزيئي وتتحدد بالطبيعة العشوائية لحركة الجزيئات الفردية. وبالتالي فإن معدل الانتشار يتناسب مع متوسط السرعة الجزيئية. في حالة الغازات ، يكون متوسط سرعة الجزيئات الصغيرة أعلى ، أي أنه يتناسب عكسًا مع الجذر التربيعي للكتلة الجزيئية ويزيد مع زيادة درجة الحرارة. غالبًا ما تُستخدم عمليات الانتشار في المواد الصلبة عند درجات حرارة عالية في الممارسة العملية. على سبيل المثال ، تستخدم أنواع معينة من أنابيب أشعة الكاثود (CRTs) الثوريوم المعدني المنتشر عبر التنغستن المعدني عند درجة حرارة 2000 درجة مئوية.
إذا كان أحد الجزيئات في مزيج من الغازات أثقل أربع مرات من جزيء آخر ، فإن هذا الجزيء يتحرك مرتين أبطأ مقارنة بحركته في غاز نقي. وفقًا لذلك ، يكون معدل انتشاره أقل أيضًا. يستخدم هذا الاختلاف في معدلات انتشار الجزيئات الخفيفة والثقيلة لفصل المواد ذات الأوزان الجزيئية المختلفة. مثال على ذلك فصل النظائر. إذا تم تمرير غاز يحتوي على نظيرين عبر غشاء مسامي ، فإن النظائر الأخف تخترق الغشاء أسرع من نظائرها الأثقل. لفصل أفضل ، يتم تنفيذ العملية على عدة مراحل. تم استخدام هذه العملية على نطاق واسع لفصل نظائر اليورانيوم (فصل 235U انشطاري تحت إشعاع النيوترون من الكتلة الرئيسية 238U). نظرًا لأن طريقة الفصل هذه كثيفة الاستخدام للطاقة ، فقد تم تطوير طرق فصل أخرى أكثر اقتصادا. على سبيل المثال ، تم تطوير استخدام الانتشار الحراري في وسط غازي على نطاق واسع. يتم وضع غاز يحتوي على مزيج من النظائر في غرفة يتم فيها الحفاظ على اختلاف درجة الحرارة المكانية (التدرج). في هذه الحالة ، تتركز النظائر الثقيلة في النهاية في المنطقة الباردة.
استنتاج. تتأثر التغييرات المنتشرة بما يلي:
· الوزن الجزيئي للمادة (كلما زاد الوزن الجزيئي ، قلت السرعة) ؛
· متوسط المسافة بين اصطدام الجسيمات (كلما زاد طول المسار ، زادت السرعة) ؛
· الضغط (كلما زادت تعبئة الجسيمات ، زادت صعوبة اختراقها) ،
· درجة الحرارة (مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد السرعة).
II.4. الانتشار في الطبيعة غير الحية.
هل تعلم أن حياتنا كلها مبنية على مفارقة غريبة للطبيعة؟ يعلم الجميع أن الهواء الذي نتنفسه يتكون من غازات ذات كثافة مختلفة: النيتروجين N 2 ، والأكسجين O 2 ، وثاني أكسيد الكربون CO 2 وكمية صغيرة من الشوائب الأخرى. ويجب ترتيب هذه الغازات في طبقات ، وفقًا لقوة الجاذبية: أثقل ، ثاني أكسيد الكربون ، - على سطح الأرض ذاته ، فوقها - O 2 ، أعلى - N 2. لكن هذا لا يحدث. يحيط بنا خليط متجانس من الغازات. لماذا لا تنطفئ الشعلة؟ بعد كل شيء ، يحترق الأكسجين المحيط به بسرعة؟ هنا ، كما في الحالة الأولى ، تعمل آلية المحاذاة. الإنتشار يمنع الخلل في الطبيعة!
لماذا البحر مالح؟ نحن نعلم أن الأنهار هي التي تشق طريقها عبر كتلة الصخور والمعادن وتغسل الأملاح في البحر. كيف يعمل خلط الملح والماء؟ يمكن تفسير ذلك من خلال تجربة بسيطة:
وصف الخبرة:صب محلول مائي من كبريتات النحاس في وعاء زجاجي. صب الماء النظيف بعناية فوق المحلول. نلاحظ الحد الفاصل بين السوائل.
سؤال:ماذا سيحدث لهذه السوائل مع مرور الوقت ، وماذا سنلاحظ؟
بمرور الوقت ، ستبدأ الحدود بين السوائل الملامسة في التلاشي. يمكن وضع وعاء به سوائل في خزانة ويمكنك كل يوم مراقبة كيفية حدوث الخلط التلقائي للسوائل. في النهاية ، يتشكل سائل متجانس من اللون الأزرق الباهت في الوعاء ، عديم اللون تقريبًا في الضوء.
تكون جزيئات كبريتات النحاس أثقل من الماء ، ولكنها ترتفع ببطء بسبب الانتشار. السبب في بنية السائل. يتم تعبئة الجزيئات السائلة في مجموعات مدمجة - النوى الكاذبة. يتم فصلهم عن بعضهم البعض بفراغات - ثقوب. النوى غير مستقرة ، وجزيئاتها ليست في حالة توازن لفترة طويلة. بمجرد نقل الطاقة إلى الجسيم ، ينفصل الجسيم عن النواة ويسقط في الفراغات. من هناك ، ينتقل بسهولة إلى نواة أخرى ، إلخ.
تبدأ جزيئات المادة الغريبة رحلتها عبر السائل من الثقوب. في الطريق ، يصطدمون بالنوى ، ويخرجون منها الجزيئات ، ويحلون محلها. بالانتقال من مكان مجاني إلى آخر ، يختلطون ببطء مع الجزيئات السائلة. نحن نعلم بالفعل أن معدل الانتشار منخفض. لذلك ، في ظل الظروف العادية ، استغرقت هذه التجربة 18 يومًا ، مع تسخين - 2-3 دقائق.
استنتاج: في شعلة الشمس حياة وموت البعيد النجوم المتوهجة، في الهواء الذي نتنفسه ، تغيرات في الطقس ، في جميع الظواهر الفيزيائية تقريبًا ، نرى مظهرًا من مظاهر الانتشار القاهر!
II.5. الانتشار في الحياة البرية.
تتم دراسة عمليات الانتشار جيدًا في الوقت الحالي ، وقد تم وضع قوانينها الفيزيائية والكيميائية ، وهي قابلة للتطبيق تمامًا على حركة الجزيئات في الكائن الحي. يرتبط الانتشار في الكائنات الحية ارتباطًا وثيقًا بغشاء البلازما للخلية. لذلك ، من الضروري معرفة كيفية ترتيبه ، وكيف ترتبط ميزات هيكله بنقل المواد في الخلية.
إن غشاء البلازما (غشاء البلازما ، غشاء الخلية) ، السطح ، الهيكل المحيطي المحيط ببروتوبلازم الخلايا النباتية والحيوانية ، لا يعمل فقط كحاجز ميكانيكي ، ولكن الأهم من ذلك أنه يقيد التدفق ثنائي الاتجاه للحركة المنخفضة والعالية. المواد الجزيئية داخل وخارج الخلية. علاوة على ذلك ، تعمل البلازما كهيكل "يتعرف" على المواد الكيميائية المختلفة وينظم النقل الانتقائي لهذه المواد إلى الخلية.
السطح الخارجي لغشاء البلازما مغطى بطبقة ليفية فضفاضة بسمك 3-4 نانومتر - جليكاليكس. وهو يتألف من سلاسل متفرعة من الكربوهيدرات المعقدة ، والبروتينات الغشائية المتكاملة ، والتي يمكن أن توجد بينها المركبات المشتقة من الخلايا من البروتينات مع السكريات والبروتينات التي تحتوي على دهون. تم العثور على الفور على بعض الإنزيمات الخلوية المشاركة في الانقسام خارج الخلية للمواد (الهضم خارج الخلية ، على سبيل المثال ، في ظهارة الأمعاء).
نظرًا لأن الجزء الداخلي من الطبقة الدهنية كاره للماء ، فإنه يشكل حاجزًا يكاد يكون منيعًا بالنسبة لمعظم الجزيئات القطبية... نظرًا لوجود هذا الحاجز ، يتم منع تسرب محتويات الخلية ، ولكن بسبب ذلك ، اضطرت الخلية إلى إنشاء آليات خاصة لنقل المواد القابلة للذوبان في الماء عبر الغشاء.
غشاء البلازما ، مثل أغشية خلايا البروتين الدهني الأخرى ، شبه نافذ. يمتلك الماء والغازات المذابة فيه أقصى قوة اختراق. يمكن أن يستمر النقل الأيوني على طول تدرج التركيز ، أي بشكل سلبي ، دون استهلاك الطاقة. في هذه الحالة ، تشكل بعض بروتينات النقل الغشائي معقدات جزيئية ، وهي قنوات تمر عبرها الأيونات عبر الغشاء عن طريق الانتشار البسيط. في حالات أخرى ، ترتبط البروتينات الحاملة للغشاء بشكل انتقائي بواحد أو أيون آخر وتنقله عبر الغشاء. يسمى هذا النوع من النقل بالنقل النشط ويتم باستخدام مضخات أيونات البروتين. على سبيل المثال ، إنفاق جزيء ATP واحد ، يضخ نظام مضخة K-Na 3 أيونات Na من الخلية في دورة واحدة ويضخ 2 K أيونات ضد تدرج التركيز. بالاشتراك مع النقل النشط للأيونات ، تخترق السكريات المختلفة والنيوكليوتيدات والأحماض الأمينية غشاء البلازما. الجزيئات الكبيرة ، مثل البروتينات ، لا تمر عبر الغشاء. يتم نقلهم ، وكذلك الجزيئات الأكبر من المادة ، إلى الخلية من خلال الالتقام الخلوي. أثناء الالتقام الخلوي ، تلتقط منطقة معينة من غشاء البلازما المادة خارج الخلية وتغلفها في فجوة غشائية. يندمج هذا الفراغ - الإندوسوم - في السيتوبلازم مع الليزوزوم الأولي ويتم هضم المادة الملتقطة. ينقسم الالتقام الخلوي رسميًا إلى البلعمة (امتصاص الخلية للجزيئات الكبيرة) وكثرة الخلايا (امتصاص المحاليل). يشارك غشاء البلازما أيضًا في إزالة المواد من الخلية باستخدام إفراز الخلايا - وهي عملية معاكسة لعملية الالتقام الخلوي.
يعد انتشار الأيونات في المحاليل المائية أمرًا مهمًا بشكل خاص للكائنات الحية. لا يقل أهمية عن دور الانتشار في التنفس والتمثيل الضوئي والنتح للنباتات ؛ في نقل الأكسجين في الهواء عبر جدران الحويصلات الهوائية في الرئتين ودخوله إلى دم الإنسان والحيوان. يتم نشر الأيونات الجزيئية عبر الأغشية باستخدام جهد كهربائي داخل الخلية. تمتلك الأغشية نفاذية انتقائية ، وهي تلعب دور الجمارك في حركة البضائع عبر الحدود: يُسمح بمرور بعض المواد ، ويتم احتجاز البعض الآخر ، ويتم "طرد" البعض الآخر بشكل عام من القفص. دور الأغشية في حياة الخلايا مهم جدا. تفقد الخلية المحتضرة التحكم في القدرة على تنظيم تركيز المواد عبر الغشاء. أول علامة على موت الخلية هي التغييرات الأولية في النفاذية وخلل في غشاءها الخارجي.
بالإضافة إلى النقل العادي - العملية الحركية لنقل جزيئات مادة ما تحت تأثير تدرجات الجهد الكهربائي أو الكيميائي أو درجة الحرارة أو الضغط - يحدث النقل النشط أيضًا في العمليات الخلوية - حركة الجزيئات والأيونات ضد تدرج التركيز من المواد. تسمى آلية الانتشار هذه بالتناضح. (لوحظ التناضح لأول مرة من قبل A. محلول مائيعلى جانبي الغشاء البيولوجي ، غالبًا ما يمر الماء بحرية بالتناضح عبر الغشاء ، لكن هذا الغشاء يمكن أن يكون غير منفذ للمواد الذائبة في الماء. من الغريب أن الماء يتدفق عكس انتشار هذه المادة ، ولكن مع الامتثال للقانون العام لتدرج التركيز (في هذه الحالة ، الماء).
لذلك ، يميل الماء من محلول أكثر تمييعًا ، حيث يكون تركيزه أعلى ، إلى محلول أكثر محلولالمواد التي يكون فيها تركيز الماء أقل. نظرًا لعدم قدرتها على امتصاص الماء وضخه بشكل مباشر ، تقوم الخلية بذلك بمساعدة التناضح ، مما يؤدي إلى تغيير تركيز المواد الذائبة فيه. التناضح يعادل تركيز المحلول على جانبي الغشاء. تعتمد حالة الإجهاد في غشاء الخلية على الضغط التناضحي لمحاليل المواد الموجودة على جانبي غشاء الخلية ومرونة غشاء الخلية ، وهو ما يُسمى ضغط التورجر (turgor - من turgere اللاتيني - أن ينتفخ ويمتلئ). عادةً ما تكون مرونة أغشية الخلايا الحيوانية (باستثناء بعض تجاويف الأمعاء) صغيرة ، فهي خالية من ضغط التمزق المرتفع وتحتفظ بسلامتها فقط في المحاليل متساوية التوتر أو تختلف قليلاً عن المحاليل متساوية التوتر (الفرق بين الضغط الداخلي والخارجي أقل من 0.5-1.0 صباحًا). في الخلايا النباتية الحية ، يكون الضغط الداخلي دائمًا أكبر من الضغط الخارجي ، ومع ذلك ، لا يحدث تمزق في غشاء الخلية بسبب وجود جدار خلية السليلوز. يصل الفرق بين الضغوط الداخلية والخارجية للنباتات (على سبيل المثال ، في النباتات الملحية - الفطر المحب للملح) إلى 50-100 أمبير. ولكن مع ذلك ، فإن هامش الأمان للخلية النباتية هو 60-70٪. في معظم النباتات ، لا يتجاوز الاستطالة النسبية لغشاء الخلية بسبب التورم 5-10٪ ، وضغط التورغ في حدود 5-10 أمبير. بسبب التورم ، تتمتع الأنسجة النباتية بالمرونة والقوة الهيكلية. (التجارب رقم 3 ، رقم 4 تؤكد ذلك). جميع عمليات التحلل الذاتي (التدمير الذاتي) والذبول والشيخوخة مصحوبة بانخفاض في ضغط التورم.
بالنظر إلى الانتشار في الطبيعة الحية ، لا يسع المرء إلا أن يذكر الامتصاص. الامتصاص هو عملية دخول مواد مختلفة من البيئة عبر أغشية الخلايا إلى الخلايا ، ومن خلالها إلى البيئة الداخلية للجسم. في النباتات ، هي عملية امتصاص الماء بمواد مذابة فيه عن طريق الجذور والأوراق عن طريق التناضح والانتشار ؛ في اللافقاريات - من البيئة أو سائل التجويف. في الكائنات الحية البدائية ، يتم الامتصاص باستخدام pino و phagocytosis. في الفقاريات ، يمكن أن يحدث الامتصاص من أعضاء التجويف - الرئتين ، الرحم ، المثانة ، ومن سطح الجلد ، من سطح الجرح ، إلخ. يمتص الجلد الغازات والأبخرة المتطايرة.
الامتصاص في الجهاز الهضمي ، والذي يحدث بشكل رئيسي في الأمعاء الدقيقة ، له أهمية فسيولوجية كبيرة. من أجل النقل الفعال للمواد ، فإن مساحة الأمعاء الكبيرة وتدفق الدم المرتفع باستمرار في الغشاء المخاطي لهما أهمية خاصة ، بسبب الحفاظ على تدرج تركيز عالٍ للمركبات الممتصة. في البشر ، يكون تدفق الدم المساريقي أثناء الوجبة حوالي 400 مل / دقيقة ، وعند ذروة الهضم - ما يصل إلى 750 مل / دقيقة ، والجزء الرئيسي (حتى 80٪) هو تدفق الدم في الغشاء المخاطي للجهاز الهضمي الأعضاء. بسبب وجود الهياكل التي تزيد من سطح الغشاء المخاطي - الطيات الدائرية ، الزغب ، الزغيبات الدقيقة ، المساحة الكليةيصل سطح شفط الأمعاء البشرية إلى 200 م 2.
يمكن أن تنتشر محاليل الماء والملح على جانبي جدار الأمعاء ، في كل من الأمعاء الدقيقة والغليظة. يحدث امتصاصها بشكل رئيسي في الأجزاء العلوية من الأمعاء الدقيقة. يعتبر نقل أيونات الصوديوم في الأمعاء الدقيقة أمرًا ذا أهمية كبيرة ، حيث يتم إنشاء التدرجات الكهربائية والتناضحية بشكل أساسي. يحدث امتصاص أيونات الصوديوم من خلال الآليات النشطة والسلبية.
إذا لم يكن للخلية أنظمة لتنظيم الضغط الأسموزي ، فإن تركيز المواد المذابة بداخلها سيكون أكبر من تركيزاتها الخارجية. عندها يكون تركيز الماء في الخلية أقل من تركيزه في الخارج. نتيجة لذلك ، سيكون هناك تدفق مستمر للماء إلى الخلية وتمزقها. لحسن الحظ ، تتحكم الخلايا والبكتيريا الحيوانية في الضغط التناضحي في خلاياها عن طريق ضخ أيونات غير عضوية مثل Na. لذلك ، فإن تركيزهم الكلي داخل الخلية أقل من تركيزهم الخارجي. على سبيل المثال ، تقضي البرمائيات جزءًا كبيرًا من وقتها في الماء ، ومحتوى الملح في الدم واللمف أعلى منه في مياه عذبة... تمتص الكائنات البرمائية الماء باستمرار من خلال الجلد. لذلك ، فإنهم ينتجون الكثير من البول. فالضفدع ، على سبيل المثال ، إذا ضُمِّد من أجله ، يتضخم مثل الكرة. على العكس من ذلك ، إذا دخلت البرمائيات مالحة مياه البحر، فإنه يجف ويموت بسرعة كبيرة. لذلك ، تعد البحار والمحيطات بالنسبة للبرمائيات عقبة لا يمكن التغلب عليها. تحتوي الخلايا النباتية على جدران صلبة تمنعها من الانتفاخ. يتجنب العديد من البروتوزوا الاندفاع من الماء الذي يدخل الخلية عن طريق آليات خاصة تقوم بإخراج المياه الواردة بانتظام.
وبالتالي ، فإن الخلية عبارة عن نظام ديناميكي حراري مفتوح ، يتبادل المادة والطاقة مع البيئة ، مع الحفاظ على ثبات معين للبيئة الداخلية. يتم تنفيذ هاتين الخاصيتين لنظام التنظيم الذاتي - الانفتاح والثبات - في وقت واحد ، ويكون التمثيل الغذائي (التمثيل الغذائي) مسؤولاً عن ثبات الخلية. الأيض هو المنظم الذي يساهم في الحفاظ على النظام ، ويوفر استجابة مناسبة للتأثيرات البيئية. لذلك ، فإن الشرط الضروري لعملية التمثيل الغذائي هو تهيج النظام الحي على جميع المستويات ، والذي يعمل في نفس الوقت كعامل في نظامية وسلامة النظام.
يمكن للأغشية تغيير نفاذيةها تحت تأثير العوامل الكيميائية والفيزيائية ، بما في ذلك نتيجة إزالة الاستقطاب من الغشاء أثناء مرور نبضة كهربائية عبر نظام الخلايا العصبية والتعرض لها.
العصبون هو قطعة من الألياف العصبية. إذا كان العامل المهيج يعمل في أحد طرفيه ، عندئذٍ ينشأ دافع كهربائي. تبلغ قيمته حوالي 0.01 فولت لخلايا العضلات البشرية ، وينتشر بسرعة حوالي 4 م / ث. عندما تصل النبضة إلى المشبك - اتصال بين الخلايا العصبية ، والذي يمكن اعتباره نوعًا من الترحيل الذي ينقل إشارة من خلية عصبية إلى أخرى ، يتم تحويل النبضة الكهربائية إلى مادة كيميائية عن طريق إطلاق نواقل عصبية - مواد وسيطة محددة. عندما تسقط جزيئات هذا الوسيط في الفجوة بين الخلايا العصبية ، يصل الناقل العصبي بالانتشار إلى نهاية الفجوة ويثير الخلية العصبية التالية.
ومع ذلك ، فإن العصبون لا يستجيب إلا إذا كانت هناك جزيئات خاصة على سطحه - مستقبلات ، يمكنها فقط ربط ناقل عصبي معين ولا تتفاعل مع آخر. يحدث هذا ليس فقط على الغشاء ، ولكن أيضًا في أي عضو ، على سبيل المثال ، العضلة ، مما يؤدي إلى تقلصها. يمكن للإشارات - النبضات من خلال المشابك أن تمنع أو تعزز انتقال الآخرين ، وبالتالي تؤدي الخلايا العصبية وظائف منطقية ("و" ، "أو") ، والتي ، إلى حد ما ، كانت بمثابة الأساس لـ N. Wiener للاعتقاد بأن العمليات الحسابية في دماغ الكائن الحي وفي الكمبيوتر ، يتم بشكل أساسي وفقًا لنفس المخطط. ثم يسمح النهج المعلوماتي للمرء أن يصف الطبيعة الحية وغير الحية بطريقة موحدة.
تتمثل عملية تأثير الإشارة على الغشاء في تغيير ارتفاعها المقاومة الكهربائية، نظرًا لأن فرق الجهد عبره هو أيضًا في حدود 0.01 فولت. يؤدي النقص في المقاومة إلى زيادة نبضة التيار الكهربي وتنتقل الإثارة أكثر في الشكل نبض العصبمع تغيير قدرة بعض الأيونات على المرور عبر الغشاء. وبالتالي ، يمكن نقل المعلومات في الجسم معًا ، عن طريق الآليات الكيميائية والفيزيائية ، وهذا يضمن موثوقية وتنوع القنوات لنقلها ومعالجتها في نظام حي.
مع العمليات التنفس الخلويعندما تتشكل جزيئات ATP في الميتوكوندريا للخلية ، مما يوفر لها الطاقة اللازمة ، ترتبط أيضًا عمليات التنفس الطبيعي للكائن الحي ارتباطًا وثيقًا ، الأمر الذي يتطلب الأكسجين O2 الذي تم الحصول عليه نتيجة لعملية التمثيل الضوئي. تعتمد آليات هذه العمليات أيضًا على قوانين الانتشار. في الأساس ، هذه هي المواد ومكونات الطاقة التي يحتاجها الكائن الحي. التمثيل الضوئي هو عملية تخزين الطاقة الشمسية من خلال تكوين روابط جديدة في جزيئات المواد المركبة. المواد الأولية لعملية التمثيل الضوئي هي الماء H 2 O وثاني أكسيد الكربون CO 2. من هذه البساطة المركبات غير العضويةيتم تكوين عناصر غذائية غنية بالطاقة أكثر تعقيدًا. يتكون الأكسجين الجزيئي O 2 كمنتج ثانوي ، ولكنه مهم جدًا بالنسبة لنا. مثال على ذلك هو التفاعل الذي يحدث بسبب امتصاص الكميات الخفيفة ووجود صبغة الكلوروفيل الموجودة في البلاستيدات الخضراء.
والنتيجة هي جزيء سكر واحد C 6 H 12 O 6 وستة جزيئات أكسجين O 2. تستمر العملية على مراحل ، أولاً ، في مرحلة التحلل الضوئي ، يتكون الهيدروجين والأكسجين عن طريق تقسيم الماء ، ثم يتحد الهيدروجين مع ثاني أكسيد الكربون ، ويشكل كربوهيدرات - سكر C 6 H 12 O 6. في الأساس ، التمثيل الضوئي هو تحويل الطاقة المشعة للشمس إلى طاقة روابط كيميائيةالمواد العضوية الناشئة. وبالتالي ، فإن التمثيل الضوئي ، الذي ينتج الأكسجين O 2 في الضوء ، هو العملية البيولوجية التي تزود الكائنات الحية بالطاقة الحرة. إن عملية التنفس الطبيعي كعملية أيضية في الجسم مرتبطة باستهلاك الأكسجين هي عكس عملية التمثيل الضوئي. يمكن أن تسير كلتا العمليتين على السلسلة التالية:
طاقة شمسية(البناء الضوئي)
المغذيات + (التنفس)
طاقة الروابط الكيميائية.
تعمل المنتجات النهائية للتنفس كمواد أولية لعملية التمثيل الضوئي. وبالتالي ، فإن عمليات التمثيل الضوئي والتنفس تشارك في تداول المواد على الأرض. تمتص النباتات وبعض الكائنات الحية جزءًا من الإشعاع الشمسي ، والتي ، كما نعلم بالفعل ، ذاتية التغذية ، أي تعمل بالطاقة الذاتية (طعام لهم - ضوء الشمس). نتيجة لعملية التمثيل الضوئي ، ترتبط ذاتية التغذية نشبعالغلاف الجوي والماء ، وتشكل ما يصل إلى 150 مليار طن من المواد العضوية ، وتستوعب ما يصل إلى 300 مليار طن من ثاني أكسيد الكربون ، وتصدر حوالي 200 مليار طن من الأكسجين الحر O 2 سنويًا.
تم الاستلام المواد العضويةتستخدم كغذاء من قبل البشر والحيوانات العاشبة ، والتي بدورها تتغذى على الكائنات غيرية التغذية الأخرى. ثم تتحلل المخلفات النباتية والحيوانية إلى بسيطة مواد غير عضوية، والتي يمكن أن تشارك مرة أخرى في شكل CO 2 و H 2 O في عملية التمثيل الضوئي. تستهلك الكائنات الحية جزءًا من الطاقة الناتجة ، بما في ذلك تلك المخزنة في شكل وقود طاقة أحفوري ، ويتم تبديد جزء عديم الفائدة إلى بيئة... لذلك ، فإن عملية التمثيل الضوئي ، نظرًا لقدرتها على إمدادها بالطاقة والأكسجين اللازمين ، تعد حافزًا لتطور الكائنات الحية في مرحلة معينة من تطور المحيط الحيوي للأرض.
تكمن عمليات الانتشار في الأساس لعملية التمثيل الغذائي في الخلية ، مما يعني أنه بمساعدتها ، تتم هذه العمليات على مستوى الأعضاء. هذه هي الطريقة التي تتم بها عمليات الامتصاص في الشعر الجذري للنباتات وأمعاء الحيوانات والبشر ؛ تبادل الغازات في ثغور النباتات والرئتين والأنسجة البشرية والحيوانية وعمليات الإخراج.
شارك علماء الأحياء في تركيب الخلايا ودراستها لأكثر من 150 عامًا ، بدءًا من Schleiden و Schwann و Purime و Virchow ، الذين أنشأوا في عام 1855 آلية نمو الخلايا عن طريق انقسامهم. لقد وجد أن كل كائن حي يتطور من خلية واحدة ، والتي تبدأ في الانقسام ونتيجة لذلك ، يتم تكوين العديد من الخلايا التي تختلف بشكل ملحوظ عن بعضها البعض. ولكن منذ أن بدأ التطور الأولي للكائن الحي من انقسام الخلية الأولى ، ثم في إحدى مراحل تطورنا دورة الحياةنحن نحتفظ بالتشابه مع سلف أحادي الخلية بعيد جدًا ، ويمكن القول مازحا أننا نحدر من الأميبا وليس من القرد.
تتشكل الأعضاء من الخلايا ، ويكتسب نظام الخلية صفات غير موجودة في العناصر المكونة لها ، أي. خلايا فردية. ترجع هذه الاختلافات إلى مجموعة من البروتينات يتم تصنيعها بواسطة خلية معينة. هناك خلايا عضلية وخلايا عصبية ودم (كريات الدم الحمراء) وظهارية وغيرها حسب وظائفها. يحدث تمايز الخلايا تدريجياً أثناء تطور الكائن الحي. في عملية انقسام الخلايا وحياتها وموتها طوال حياة الكائن الحي ، هناك استبدال مستمر للخلايا.
لا يبقى جزيء واحد في أجسامنا دون تغيير لأكثر من بضعة أسابيع أو أشهر. خلال هذا الوقت ، يتم تصنيع الجزيئات ، وتؤدي دورها في حياة الخلية ، ويتم تدميرها واستبدالها بجزيئات أخرى متطابقة إلى حد ما. الأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن الكائنات الحية ككل أكثر ثباتًا من الجزيئات المكونة لها ، وبنية الخلايا والجسم بأكمله الذي يتكون من هذه الخلايا يظل دون تغيير في هذه الدورة المستمرة ، على الرغم من استبدال المكونات الفردية.
علاوة على ذلك ، هذا ليس بديلاً لأجزاء فردية من السيارة ، ولكن ، كما يقارن S. منها في مكانها. في الوقت نفسه ، يظل المظهر الخارجي للمبنى كما هو ، ويتم استبدال المواد باستمرار ". نحن نولد مع بعض الخلايا العصبية والخلايا ونموت مع البعض الآخر. مثال على ذلك هو وعي وفهم وإدراك الطفل والشخص المسن. تحتوي جميع الخلايا على معلومات وراثية كاملة لبناء جميع البروتينات في كائن حي معين. التخزين والنقل معلومات وراثيةنفذت باستخدام نواة الخلية.
استنتاج: لا يمكن المبالغة في دور نفاذية غشاء البلازما في حياة الخلية. تستند معظم العمليات المرتبطة بتزويد الخلية بالطاقة والحصول على المنتجات والتخلص من نواتج الاضمحلال على قوانين الانتشار من خلال هذا الحاجز المعيشي شبه القابل للاختراق.
التنافذ- في الواقع ، انتشار بسيط للمياه من الأماكن ذات التركيز العالي إلى الأماكن ذات التركيز المنخفض للماء.
النقل السلبي - هذا هو نقل المواد من الأماكن ذات القيمة العالية للقدرة الكهروكيميائية إلى الأماكن ذات القيمة المنخفضة. يتم نقل الجزيئات الصغيرة القابلة للذوبان في الماء باستخدام بروتينات نقل خاصة. هذه بروتينات غشاء خاصة ، كل منها مسؤول عن نقل جزيئات معينة أو مجموعات من الجزيئات ذات الصلة.
غالبًا ما يكون من الضروري ضمان نقل الجزيئات عبر الغشاء مقابل تدرجها الكهروكيميائي. هذه العملية تسمى النقل النشطويتم تنفيذه بواسطة البروتينات الحاملة التي يتطلب نشاطها طاقة. إذا قمت بربط بروتين ناقل بمصدر طاقة ، يمكنك الحصول على آلية توفر نقلًا نشطًا للمواد عبر الغشاء.
II.6. تطبيق الانتشار.
منذ العصور القديمة ، كان الإنسان يستخدم ظاهرة الانتشار. الطهي وتدفئة المنزل مرتبطان بهذه العملية. نواجه انتشارًا في المعالجة الحرارية للمعادن (اللحام ، اللحام بالنحاس ، القطع ، الطلاء ، إلخ) ؛ تطبيق طبقة رقيقة من المعادن على سطح المنتجات المعدنية لزيادة المقاومة الكيميائية ، وقوة وصلابة الأجزاء والأجهزة ، أو لأغراض الحماية والديكور (الجلفنة ، والطلاء بالكروم ، والطلاء بالنيكل).
الغاز الطبيعي القابل للاحتراق الذي نستخدمه في المنزل للطبخ عديم اللون والرائحة. لذلك ، سيكون من الصعب ملاحظة تسرب الغاز على الفور. وعند التسرب بسبب الانتشار ، ينتشر الغاز في جميع أنحاء الغرفة. في هذه الأثناء ، عند نسبة معينة من الغاز إلى الهواء في غرفة مغلقة ، يتم تكوين خليط يمكن أن ينفجر ، على سبيل المثال ، من مباراة مضاءة. يمكن للغاز أيضًا أن يسبب التسمم.
لجعل تدفق الغاز إلى الغرفة ملحوظًا ، في محطات التوزيع ، يتم خلط الغاز القابل للاحتراق مسبقًا بمواد خاصة لها رائحة نفاذة كريهة ، والتي يشعر بها الشخص بسهولة حتى عند التركيز المنخفض جدًا. يتيح لك هذا الاحتياط أن تلاحظ بسرعة تراكم الغاز في الغرفة في حالة حدوث تسرب.
في الصناعة الحديثة ، يتم استخدام التشكيل بالفراغ ، وهي طريقة لتصنيع المنتجات من اللدائن الحرارية الصفائحية. يتم الحصول على منتج التكوين المطلوب بسبب اختلاف الضغط الناتج عن الفراغ في تجويف القالب ، والذي تم تثبيت الصفيحة فوقه. يتم استخدامه ، على سبيل المثال ، في إنتاج الحاويات وأجزاء الثلاجة وحالات الأدوات. نظرًا للانتشار ، يمكن بهذه الطريقة لحام ما لا يمكن لحامه من تلقاء نفسه (المعدن بالزجاج والزجاج والسيراميك والمعادن والسيراميك وغير ذلك الكثير).
بسبب انتشار نظائر اليورانيوم المختلفة من خلال أغشية مسامية ، تمت معالجة وقود المفاعلات النووية. يشار إلى الوقود النووي أحيانًا على أنه وقود نووي.
يحدث امتصاص (ارتشاف) المواد عند إدخالها في الأنسجة تحت الجلد أو في العضلات أو عند تطبيقها على الأغشية المخاطية للعين والأنف وجلد قناة الأذن بشكل رئيسي بسبب الانتشار. وعلى هذا ، فإن استخدام العديد من المواد الطبية ، وامتصاصها في العضلات أسرع منه في الجلد.
تقول الحكمة الشعبية: "جز المنجل وهو الندى". قل لي ، ما علاقة الانتشار والقص الصباحي به؟ الشرح بسيط جدا. خلال ندى الصباح ، زادت الأعشاب من ضغط التمزق ، وفتحت الثغور ، والسيقان مرنة ، مما يجعل من السهل جزها (العشب ، الذي يتم قصه مع إغلاق الثغور ، يجف بشكل أسوأ).
في البستنة ، أثناء تبرعم وتطعيم النباتات على الأقسام بسبب الانتشار ، يتشكل الكالس (من الكالس اللاتيني - الذرة) - نسيج جرح على شكل تدفق في أماكن الضرر ويعزز التئامها ، ويضمن اندماج سليل مع الأسهم.
يتم استخدام الكالس للحصول على مزرعة الأنسجة المعزولة (الاستكشاف). هذه طريقة للحفظ والاستنبات على المدى الطويل في وسائط مغذية خاصة للخلايا والأنسجة والأعضاء الصغيرة أو أجزائها المعزولة عن جسم الإنسان والحيوان والنبات. يعتمد على طرق زراعة ثقافة الكائنات الحية الدقيقة ، وتوفير التعقيم والتغذية وتبادل الغازات وإزالة المنتجات الأيضية للأشياء المزروعة. تتمثل إحدى مزايا طريقة زراعة الأنسجة في القدرة على مراقبة النشاط الحيوي للخلايا باستخدام المجهر. لهذا ، يتم زراعة الأنسجة النباتية على وسائط مغذية تحتوي على الأكسينات والسيتوكينين. يتكون الكالس عادةً من خلايا متجانسة سيئة التمايز من الأنسجة التعليمية ، ولكن عندما تتغير ظروف النمو ، في المقام الأول ، يمكن أن يتشكل محتوى الهرمونات النباتية في وسط المغذيات واللحاء والخشب والأنسجة الأخرى فيه ، فضلاً عن تطور أعضاء مختلفة و نبات كامل.
II.7. تصميم التجارب الفردية.
باستخدام الأدبيات العلمية ، حاولت تكرار أكثر التجارب إثارة بالنسبة لي. صورت آلية الانتشار ونتائج هذه التجارب في العرض التقديمي على شكل نماذج متحركة.
الخبرة 1.خذ أنبوبين للاختبار: نصف مملوء بالماء والنصف الآخر مملوء بالرمل. صب الماء في أنبوب اختبار بالرمل. حجم خليط الماء والرمل في أنبوب الاختبار أقل من مجموع حجوم الماء والرمل.
الخبرة 2.املأ نصف أنبوب زجاجي طويل بالماء ، ثم اسكب الكحول الملون فوقه. مستوى عاملتمييز السوائل في الأنبوب بحلقة مطاطية. بعد خلط الماء والكحول ، يقل حجم الخليط.
(التجارب 1 و 2. تثبت وجود فجوات بين جزيئات المادة ؛ أثناء الانتشار ، تمتلئ بجزيئات مادة - كائن فضائي.)
الخبرة 3.يتم ملامسة قطعة قطن مبللة بالأمونيا مع قطعة قطن مبللة بمؤشر الفينول فثالين. نلاحظ تلوين الفليس بلون قرمزي.
الآن يتم وضع قطعة قطن مبللة بالأمونيا في قاع إناء زجاجي ومبللة بالفينول فثالين. ثبته بالغطاء وقم بتغطية الوعاء الزجاجي بهذا الغطاء. بعد فترة ، يبدأ تلطيخ الصوف القطني المبلل بالفينول فثالين.
نتيجة للتفاعل مع الأمونيا ، يتحول الفينول فثالين إلى لون قرمزي ، والذي لاحظناه عند ملامسة الصوف. ولكن لماذا ، في الحالة الثانية ، يتم ترطيب الصوف القطني بالفينول فثالين. إنه ملون أيضًا ، لأنه لم يتم الاتصال بالأصابع الآن؟ الجواب: الحركة الفوضوية المستمرة لجزيئات المواد.
الخبرة 4.على طول الجدار داخل وعاء أسطواني طويل ، قم بخفض شريط ضيق من ورق الترشيح المنقوع في خليط من معجون النشا مع محلول مؤشر الفينول فثالين. ضع بلورات اليود على قاع الوعاء. أغلق الوعاء بإحكام بغطاء معلق به الصوف القطني المبلل بمحلول الأمونيا.
بسبب تفاعل اليود مع النشا ، يرتفع تلوين أزرق بنفسجي على شريط من الورق. في الوقت نفسه ، ينتشر لون قرمزي - دليل على حركة جزيئات الأمونيا. بعد بضع دقائق ، تلتقي حدود المناطق الملونة بالورقة ، ثم يختلط اللونان الأزرق والقرمزي ، أي يحدث الانتشار.
الخبرة 5.(تقضي معًا) خذ ساعة بيد ثانية وشريط قياس وزجاجة ماء تواليت وقفي في زوايا مختلفة من الغرفة. أحدهم يقترب من الوقت ويفتح الزجاجة. آخر يشير إلى الوقت الذي يشم فيه رائحة ماء التواليت. بقياس المسافة بين المجربين ، نجد معدل الانتشار. لدقة التجربة تتكرر 3-4 مرات ويتم إيجاد متوسط قيمة السرعة. إذا كانت المسافة بين المجربين 5 أمتار ، فسيتم الشعور بالرائحة بعد 12 دقيقة. أي أن معدل الانتشار في هذه الحالة هو 2.4 م / دقيقة.
الخبرة 6.تحديد لزوجة البلازما بطريقة البلازما (وفقًا لـ P.A. Genkel).
سرعة هجومية تحلل البلازما المحدب في الخلايا النباتية ، عند معالجتها بمحلول مفرط التوتر ، تعتمد على لزوجة السيتوبلازم ؛ كلما انخفضت لزوجة السيتوبلازم ، كلما أصبح تحلل البلازما المقعر سريعًا محدبًا. تعتمد لزوجة السيتوبلازم على درجة تشتت الجزيئات الغروية وترطيبها ، وعلى محتوى الماء في الخلية ، وعلى عمر الخلايا وعوامل أخرى.
تقدم.يتم إجراء قطع رفيع من البشرة من ورقة الصبار ، أو يتم اقتلاع القشرة من القشور الرخوة للبصل. يتم تلوين المقاطع المحضرة بزجاج ساعة لمدة 10 دقائق في محلول بتركيز أحمر محايد 1: 5000. ثم يتم وضع شرائح الجسم على شريحة زجاجية في قطرة من السكروز منخفض التركيز ومغطاة بغطاء واحد. تحت المجهر ، لوحظت حالة تحلل البلازما. أولاً ، لوحظ تحلل البلازما المقعر في الخلايا. في المستقبل ، يتم الاحتفاظ بهذا الشكل ، أو يتحول بسرعة متفاوتة إلى شكل محدب. من المهم ملاحظة وقت انتقال انحلال البلازما المقعر إلى المحدب. الفاصل الزمني الذي يصبح خلاله انحلال البلازما المقعر محدبًا هو مؤشر على درجة لزوجة البروتوبلازم. كلما طالت مدة الانتقال إلى انحلال البلازما المحدب ، زادت لزوجة البلازما. يبدأ انحلال البلازما في خلايا البصل أسرع منه في جلد الصبار. هذا يعني أن سيتوبلازم خلايا الصبار أكثر لزوجة.
الخبرة 7.البلازما. داء الدم. اختراق المواد في الفراغ [2]
بعض المواد العضوية تخترق الفجوة بسرعة كبيرة. في الخلايا ، عندما يتم حفظها في محاليل من هذه المواد ، يتم فقدان انحلال البلازما بسرعة نسبيًا ويحدث انحلال البلازما.
انحلال البلازما هو استعادة تورم الخلايا(أي الظاهرة المعاكسة لتحلل البلازما).
تقدم.يتم وضع أقسام البشرة العلوية من قشور البصل الملونة (الجانب المقعر) في قطرة من محلول IM من الأسمدة لنباتات اليوريا أو الجلسرين مباشرة على شريحة زجاجية مغطاة بغطاء. بعد 15-30 دقيقة ، يتم فحص الأشياء تحت المجهر. تكون الخلايا المتحللة بالبلازما مرئية بوضوح. اتركي الأقسام في قطرة من المحلول لمدة 30-40 دقيقة أخرى. ثم يتم فحصهم مرة أخرى تحت المجهر ويلاحظ انحلال البلازما - استعادة تورم.
استنتاج : لا يمكن للنباتات التحكم بشكل واضح في كمية المواد الكيميائية التي تدخل الخلايا وتغادرها.
ثالثا. استنتاج.
تخضع عمليات الحركات الفيزيائية والكيميائية للعناصر في باطن الأرض وفي الكون ، وكذلك عمليات النشاط الحيوي لخلايا وأنسجة الكائنات الحية ، لقوانين الانتشار. يلعب الانتشار دورًا مهمًا في مناطق مختلفةالعلم والتكنولوجيا ، في العمليات التي تحدث في الطبيعة الحية وغير الحية. الانتشار يؤثر على تدفق الكثيرين تفاعلات كيميائية، بالإضافة إلى العديد من العمليات والظواهر الفيزيائية والكيميائية: الغشاء ، التبخر ، التكثيف ، التبلور ، الذوبان ، الانتفاخ ، الاحتراق ، التحفيزي ، الكروماتوغرافي ، الإنارة ، الكهربية والبصرية في أشباه الموصلات ، الاعتدال النيوتروني في المفاعلات النووية ، إلخ. يعد الانتشار ذا أهمية كبيرة في تكوين طبقة كهربائية مزدوجة عند حدود الطور ، والانتشار والرحلان الكهربي ، في عمليات التصوير للحصول على الصور بسرعة ، وما إلى ذلك. يعمل الانتشار كأساس للعديد من العمليات التقنية الشائعة: تلبيد المساحيق ، والكيميائية الحرارية معالجة المعادن ، ومعدنة ولحام المواد ، ودباغة الجلود والفراء ، وصبغ الألياف ، والغازات المتحركة باستخدام مضخات الانتشار. ازداد دور الانتشار بشكل كبير بسبب الحاجة إلى إنشاء مواد ذات خصائص محددة مسبقًا لتطوير مجالات التكنولوجيا ( الطاقة النووية، والملاحة الفضائية ، وعمليات الإشعاع والبلازما الكيميائية ، وما إلى ذلك). تتيح لك معرفة القوانين التي تحكم الانتشار منع التغييرات غير المرغوب فيها في المنتجات التي تحدث تحت تأثير الأحمال العالية ودرجات الحرارة العالية والإشعاع وغير ذلك الكثير ...
كيف سيكون العالم بدون انتشار؟ أوقف الحركة الحرارية للجسيمات - وسيصبح كل شيء حولك ميتًا!
في عملي ، قمت بتلخيص المواد التي تم جمعها حول موضوع الملخص وأعدت عرضًا تم تقديمه في محرر Power Point للدفاع عنه. هذا العرض ، في رأيي ، سيكون قادرًا على تنويع مواد الدرس حول هذا الموضوع. تم تكرار بعض التجارب الموصوفة في الأدبيات وتعديلها قليلاً بواسطتي. معظم أمثلة مثيرة للاهتماميتم عرض النشرات على شرائح العرض في نماذج الرسوم المتحركة.
رابعا. كتب مستخدمة:
1. Antonov VF، Chernysh AM، Pasechnik VI، et al. Biophysics.
م ، Arktos-Vika-press ، 1996
2. Afanasyev Yu.I.، Yurina N.A.، Kotovsky E.F. وعلم الأنسجة الأخرى.
الطب ، 1999.
3. ألبرتس ب ، براي د ، لويس ج وآخرون. البيولوجيا الجزيئية للخلية.
في 3 مجلدات. المجلد 1.M. ، مير ، 1994.
4. موسوعة عظيمةسيريل وميثوديوس 2006
5. Varikash V.М. والفيزياء الأخرى في الطبيعة. مينسك ، 1984.
6. ديميانكوف أ. مهام علم الأحياء. فلادوس ، 2004.
7. نيكولاييف ن. انتشار في الأغشية. كيمياء ، 1980 ، ص .76
8. Peryshkin A.V. الفيزياء. 7. إم بوستارد ، 2004.
9. القاموس الموسوعي المادي ، M. ، 1983 ، ص. 174-175 ، 652 ، 754
10- شابلوفسكي ف. الفيزياء المسلية... سانت بطرسبرغ ، "تريغون" 1997 ، ص 416
11.xttp // السيرة الذاتية. fizten / ru. /
12.xttp // markiv. narod.ru./
13. "http://ru.wikipedia.org/wiki/٪D0٪94٪D0٪B8٪D1٪84٪D1٪84٪D1٪83٪D0٪B7٪D0٪B8٪D1٪8F" الفئات: الظواهر على المستوى الذري | الظواهر الديناميكية الحرارية | ظاهرة النقل | تعريف
مقالات مماثلة
-
الصراع العسكري بين الاتحاد السوفياتي والصين في منطقة
مات أبي هذا العام. حتى في الصباح ، عندما كنت مغادرًا للمدرسة ، لوح بيده لي وداعًا. هذا الأخير ، كما اتضح. ولم أجب - لقد تأخرت عن الفصل. ثم ندمت لفترة طويلة لأنني لم ألوح بيدي. أنا آسف لذلك الآن. في المنتصف ...
-
ما هو القاسم المشترك بين التواريخ 1949 و 1953
اكتب أسماء رجال الدولة الذين تنتمي إليهم العبارات أعلاه ، أو أسماء الوثائق التي أُعطي النص منها. · "أرفع نخبًا للأشخاص البسطاء ، العاديين ، المتواضعين ، إلى" التروس "التي يحتفظون بها في حالة ...
-
استبيان "التقييم الأساسي للإدمان على المخدرات" (G
من المعروف منذ زمن طويل أن الصحافة البرجوازية الصفراء قادرة على القيام بأي حيلة قذرة. ومع ذلك ، في كل مرة تقرأ فيها كتابة أخرى مثيرة للاشمئزاز ، فإنك لا تتوقف عن الشعور بالدهشة من عمق التدهور الأخلاقي لكتابها. 22 أبريل ، عيد ميلاد ...
-
الثورة ضد السوفييت في المجر (1956)
خلفية تاريخية وجغرافية موجزة المجر بلد يقع في الروافد الوسطى لنهر الدانوب. في العصور القديمة ، كانت أراضيها جزءًا من المقاطعات الرومانية بانونيا وداسيا. بعد سقوط الإمبراطورية الرومانية الغربية ، تم تشكيل Avar Kaganate هناك ، ...
-
جمهورية روسيا الاتحادية الاشتراكية السوفياتية
ظهر اسم RSFSR في عام 1918 ، واستخدم لأول دولة بروليتارية ، تشكلت بعد ثورة أكتوبر عام 1917. واستمر هذا التشكيل حتى ديسمبر 1991 ، وبعد ذلك أعيد تسميته ...
-
شعار الدولة للاتحاد السوفيتي - الشعار الرسمي لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية
الفصل الحادي عشر حول شعار وعلم وعاصمة اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية 70- يتكون شعار الدولة لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية من مطرقة ومنجل على الكرة الأرضية ، يصور في أشعة الشمس و ...