الانتشار ودرجة الحرارة: 7 حقائق يجب أن تعرفها


في هذه المقالة ، دعنا نعتزم التعرف على الانتشار ودرجة الحرارة والحقائق ذات الصلة.

من أجل نقل المادة داخل وخارج الخلية ، يلزم الانتشار. إلى جانب المساهمة في قياس السخونة والبرودة في الجسم ، تحدد درجة الحرارة أيضًا مقدار الطاقة الحركية تمتلكها الجسيمات.

القسم التالي يصور تعريف الانتشار ودرجة الحرارة.

الانتشار ودرجة الحرارة

يمكن تمييز المنطقة أو تمييزها بحجم من التركيز، أي منطقة مقابلة للتركيز الأعلى أو التركيز المنخفض. لذلك ، سيكون هناك الآن حركة للجزيئات عبر هذه المنطقة ، تبدأ بشكل عام من التركيز الأعلى وتصل إلى منطقة التركيز المنخفض.

عندما نعتزم قياس درجة حرارة الجسم والتعبير عنه ، فإننا نستخدم متغيرًا يسمى درجة الحرارة. يتم إجراء هذا النوع من حركة الجزيئات تحت تدرج تركيز. في جميع الكائنات الحية ، يُعتقد أن الانتشار ظاهرة بارزة ستحدث دون فشل.

نحن نعلم أن درجة الحرارة تمثل أيضًا الاتجاه المحدد الذي يمكننا من خلاله توقع تدفق الطاقة بشكل عفوي للغاية ، بشكل أساسي في شكل حرارة. يتناول الجزء التالي العلاقة بين الانتشار ودرجة الحرارة.

الانتشار ودرجة الحرارة
صورة ائتمانات: صور Pixabay المجانية

علاقة الانتشار ودرجة الحرارة

من أجل نقل المادة داخل وخارج الخلية ، يلزم الانتشار. إلى جانب المساهمة في قياس السخونة والبرودة في الجسم ، تحدد درجة الحرارة أيضًا كمية الطاقة الحركية التي تمتلكها الجسيمات. عندما نرفع درجة الحرارة ، فإننا بدورنا نؤثر عليهم حتى يخضعوا اقتراح بسرعة.

يمتلك كل جسيم احتمالية متساوية للانتقال من التركيز الأعلى إلى الأقل حيث لا توجد قوة في العمل أثناء الانتشار الطبيعي الذي يؤثر على جسيم معين للانتقال إلى منطقة التركيز المنخفض.

يعطي القسم التالي المعادلة المتعلقة بالانتشار ودرجة الحرارة.

معادلة الانتشار ودرجة الحرارة

يتضمن قانون Fick العلاقة بين تدفق الجزيئات التي تمر بالانتشار بالإضافة إلى تدرج الانتشار أو القوة التي يتم دفعها. عندما نأخذ تركيز التدرج على أنه الوحدة ، يمكننا ملاحظة انتشار كتلة مادة ما عبر سطح وحدة مساحة في فترة وحدة زمنية.

فيما يلي المعادلة المتعلقة بالانتشار ودرجة الحرارة.

                                                                                       D = D0 exp (-E / KT)

حيث D = معامل الانتشار

      D0 = أكبر قيمة لمعامل الانتشار عند درجة حرارة غير محدودة

       E = الطاقة لتفعيل معامل الانتشار

           R = ثابت الغاز العالمي

           T = درجة الحرارة المطلقة

هل يمكن أن يؤثر الانتشار على درجة الحرارة؟

يمتلك كل جسيم احتمالية متساوية للانتقال من التركيز الأعلى إلى الأقل حيث لا توجد قوة في العمل أثناء الانتشار الطبيعي الذي يؤثر على جسيم معين للانتقال إلى منطقة التركيز المنخفض. وبالتالي ، فإن درجة الحرارة المقابلة للمحيط تلعب دورًا حيويًا في التأثير على الانتشار.

يمكن اعتبار درجة الحرارة معيارًا رئيسيًا يحدد معدل الانتشار حيث أن كلاهما مترابط من حيث حركة الجسيمات. بعد ذلك ، سنناقش الاعتماد المتبادل للانتشار ودرجة الحرارة.

كيف تؤثر درجة الحرارة على الانتشار؟

كما توصلنا بالفعل إلى أن مفهوم الانتشار هو نتيجة للحركة العشوائية للجسيمات إلى حد كبير ولكنه لا يرتبط بأي قوة في العمل. الآن ، يمكننا ربط الحركات العشوائية بدرجة الحرارة صراحةً لأنها تحدث بالقرب من الطاقة الحركية ، ويتم تحديد الطاقة الحركية من خلال درجة الحرارة.

وبالتالي ، فإن الجسيمات التي تعتبر أكثر سخونة نسبيًا وجدت أنها تتحرك بسرعات أعلى. هذه هي الطريقة التي تشارك بها ظروف درجة الحرارة في التأثير على عملية الانتشار. يرجع الانتشار بشكل أساسي إلى ميل الجسيمات للتحرك في سياق اختلاف التركيز في المنطقة.

هنا ، سوف نفهم العلاقة بين معدل الانتشار ودرجة الحرارة.

العلاقة بين معدل الانتشار ودرجة الحرارة

تميل الجسيمات إلى امتلاك طاقة أعلى بسبب تأثرها بدرجات الحرارة المرتفعة المقدمة. هنا ، يُعتقد أن الجزيئات ذات الطاقة الأعلى تنتقل بسرعات أعلى ، وبالتالي تفضل معدل الانتشار. وبالمثل ، يتم تقليل طاقة الجسيمات بمساعدة درجات الحرارة المنخفضة.

سيكون هذا مسؤولاً عن تقليل معدل الانتشار. يمكن تصوير العلاقة الموجودة بين معدل الانتشار ودرجة الحرارة من خلال قانون انتشار Graham ، والذي ينص على أن معدل الانتشار يمكن أن يكون مرتبطًا بشكل مباشر بالجذر التربيعي لدرجة الحرارة. وهكذا ، فإن القانون يثبت رياضيا معدل الانتشار وعلاقة درجة الحرارة.

دعونا الآن نتعرف على الاعتماد بين معدل الانتشار ودرجة الحرارة.

لماذا تؤثر درجة الحرارة على معدل الانتشار؟

يمكننا أن نقول أن جزيئات السائل تميل إلى التدفق أو الخضوع للانتشار بطريقة أسرع عند درجات حرارة عالية إلى حد كبير بالمقارنة مع درجات الحرارة المنخفضة. يمكن ملاحظة ذلك من خلال إجراء تجربة بسيطة لخلط ألوان الطعام في الماء. يمكننا أن نرى أن لون الطعام ينتشر بلا شك أسرع في الماء الساخن مقارنة بالماء البارد.

هنا ، اللعبة بأكملها هي اهتزازات الجزيء التي تحدث بشكل أسرع في درجات حرارة أعلى من تلك في درجات الحرارة المنخفضة نسبيًا. هذا هو سبب الانتشار الأسرع في الماء الساخن. عبر الغشاء شبه المنفذ ، تكون حركة جزيئات الماء أسرع عندما تعتبر درجة الحرارة مرتفعة.

يشرح القسم التالي النظرية التي تقوم عليها العلاقة بين معدل الانتشار ودرجة الحرارة.

الانتشار ودرجة الحرارة
صورة ائتمانات: صور Pixabay المجانية

كيف تؤثر درجة الحرارة على معدل الانتشار؟

لقد ثبت أن الكمية الأكبر من الطاقة الحركية تمتلكها الجزيئات التي لديها درجة حرارة أعلى ، مما يدفعها للخضوع للحركة العشوائية بسرعات أعلى مما يؤثر بشكل مباشر على معدل الانتشار في الزيادة. بصراحة ، يمكننا القول أنه كلما زادت درجة الحرارة ،

ستزداد الطاقة الحركية التي تمتلكها الجزيئات. لذا فإن متوسط ​​سرعة الجزيء يزداد أيضًا. هذه هي الطريقة التي تشارك بها ظروف درجة الحرارة في التأثير على عملية الانتشار. يرجع الانتشار بشكل أساسي إلى ميل الجسيمات للتحرك في سياق اختلاف التركيز في المنطقة.

دعونا الآن نعرف العلاقة بين معامل الانتشار ودرجة الحرارة.

كيف تؤثر درجة الحرارة على معامل الانتشار؟

الثابت مرتبط بكمية فيزيائية. يعمل كعامل تناسبي في قانون Fick الذي يتضمن العلاقة بين تدفق الجزيئات التي تمر بالانتشار بالإضافة إلى تدرج الانتشار أو القوة التي يتم دفعها.

يعتمد معامل الانتشار أساسًا على درجة الحرارة بالإضافة إلى بعض المعلمات الأخرى. يمتلك كل من معامل الانتشار ودرجة الحرارة علاقة تناسب مباشر ، أي عندما نواصل زيادة درجة الحرارة ، وجد أن معامل الانتشار يزيد أيضًا مع درجة الحرارة.

هنا ، سوف نفهم التناسب الرياضي الموجود بين معدل الانتشار ودرجة الحرارة.

ماذا يحدث لمعدل الانتشار إذا ارتفعت درجة الحرارة؟

بشكل أساسي ، سيتأثر الانتشار بالطاقة الحركية. لقد تعلمنا بالفعل أن زيادة درجة الحرارة تصبح مسؤولة بشكل مباشر عن زيادة السرعة الجزيئية ، والتي ترتبط بالطاقة الحركية التي تمتلكها. بطريقة مماثلة ، يمكن تقليل سرعة تدفق الجزيئات عن طريق خفض درجة الحرارة فقط.

هذا يسمح لهم بالانتقال بشكل أسرع من المنطقة المقابلة للتركيز الأعلى إلى التركيز الأقل. أثرت درجة الحرارة على وزن الجزيئات ، أي أن الجسيمات الثقيلة تميل إلى التفاعل بشكل أكثر فعالية مع البيئة المحيطة.

قم بتسمية العوامل التي من شأنها أن تؤثر على معدل الانتشار.

العوامل التي يعتقد أنها تؤثر على معدل الانتشار مذكورة أدناه ،

  • درجة الحرارة
  • حجم الجسيم الذي يخضع للانتشار
  • فرق التركيز
  • كثافة المذيب
  • الضغط
  • مادة منتشرة.

كيف يؤثر حجم الجزيء على الانتشار؟

كلما زاد حجم الجزيء ، فإنه يزيد من الحجم الذي تشغله جميع الجزيئات في المنطقة. الآن ، بطبيعة الحال ، يصعب على الحجم الأكبر الانتشار عبر مساحة سطح أصغر ، وبالتالي يستغرق وقتًا أطول للانتشار مما يجعله أقل فعالية من ذي قبل.

اشرح اعتماد الانتشار على درجة الحرارة بمثال.

دعونا ننظر في مثال انتشار الدم عبر الماء. عندما نتناول الماء الساخن ، نجد أن جزيئات الدم تنتشر أو تتحرك بشكل أسرع مما كانت عليه عند أخذ الماء البارد. على سبيل المثال ، تميل إلى التحرك بمعدل بطيء عندما تنتشر في الماء البارد. يمكن أيضًا فهم نفس النظرية من خلال النظر في لون الطعام في مكان الدم.

ما هو القانون الذي يحكم معدل الانتشار؟

القانون الذي ينص على معدل الانتشار هو قانون جراهام الذي ينص على أن معدل الانتشار يرتبط عكسيًا بالجذر التربيعي للكتلة المولية للمادة قيد الدراسة التي يتم فيها دراسة الانتشار.

كيف يرتبط الانتشار بدرجات الحرارة الساخنة والباردة؟

يمكننا أن نقول أن جزيئات السائل تميل إلى التدفق أو الخضوع للانتشار بطريقة أسرع عند درجات حرارة عالية إلى حد كبير بالمقارنة مع درجات الحرارة المنخفضة. يمكن ملاحظة ذلك من خلال إجراء تجربة بسيطة لخلط ألوان الطعام في الماء. يمكننا أن نرى أن لون الطعام ينتشر بلا شك أسرع في الماء الساخن مقارنة بالماء البارد.

صورة ائتمانات: صور Pixabay المجانية

في أي حالة من المسألة يكون الانتشار أكثر؟

لوحظ تجريبياً أن الجزيئات في الحالة الغازية للمادة تميل إلى الانتشار بسرعة أكبر من الجزيئات المرتبطة بالحالة الصلبة للمادة ، كما هو الحال في الحالة الغازية ، فإن الجزيئات موجودة بحرية أكبر ، وبالتالي يمكنها السفر من منطقة تركيز أعلى إلى منطقة تركيز أقل مع تصادمات أقل أو مقاومة أقل.

صورة ائتمانات: صور Pixabay المجانية

 

في الختام

لقد ثبت أن الكمية الأكبر من الطاقة الحركية تمتلكها الجزيئات التي لديها درجة حرارة أعلى ، مما يدفعها للخضوع للحركة العشوائية بسرعات أعلى مما يؤثر بشكل مباشر على معدل الانتشار في الزيادة. بصراحة ، يمكننا القول أنه كلما زادت درجة الحرارة ، ستزداد الطاقة الحركية التي تمتلكها الجزيئات ، وبالتالي يزداد متوسط ​​سرعة الجزيء أيضًا.

Harshitha HN

مرحبًا ..... أنا Harshitha H N. لقد أكملت درجة الماجستير في الفيزياء من جامعة ميسور بتخصص في الفيزياء النووية. أنا على دراية جيدة بمجال Latex وبرامج GAMESS وبرامج AVAGADRO. أنا أستمتع باستكشاف أشياء جديدة في وقت فراغي. تهدف مقالتي دائمًا إلى تطوير وإضفاء بعض القيمة على الطاولة مع الموضوعات ذات الصلة. دعنا نتواصل عبر LinkedIn- https://www.linkedin.com/in/harshitha-hn-368418249

آخر المقالات