高旭阳

（沂南一中，沂南 276300）

1 引言

生活中我们周围存在着很多物体会在一定的条件或者环境下产生向周边进行扩散的现象，这些现象或多或少会对我们的生活产生一定的影响，而且这一现象是一部分科学家们一直在致力研究的方向，但一般情况下，在没有足够的知识储备和好奇心时，但人们不会对这些现象产生了解和求知的兴趣。我在生活中对常见的一些现象都保持着一种求知欲望，且在学校的物理学习过程中了解到了与扩散现象极为相像的布朗运动。本文通过探寻发生这两种现象的原理，从而将两种现象应用于生活。

2 研究过程

2.1 认识扩散现象

在生活中我们对扩散现象的认识大概是物体会从一个中心点往四周伸展出去，或者这个物体扩散之前受到约束的话他会向着特定的方向扩散。通过对扩散现象相关文献的进一步研究，我发现学者们已经对扩散现象已经有了较为明确的分类界定，他们将扩散现象分为互扩散、自扩散、热扩散三种，随后我通过相关视频对学者们的分类分别进行了认识和区分。什么是互扩散呢？例如把白墨水和红墨水放在同一个密闭容器里，黑墨水放在左边，红墨水放在右边，中间用隔板隔开，两部分液体压强、温度全部相等。如果把隔板抽出，我们会观察到，右边的红墨水逐渐向左边的黑墨水扩散，与此同时，左边的黑墨水也逐渐向右边的红墨水扩散。经过一段时间后，两种颜色不同的液体会融为一体，直至均匀分布在容器中，这就是互扩散。而自扩散是一种使发生互扩散的两种气体分子之间的量变小，使它们相互扩散的速率趋于相等的互扩散过程，而自扩散现象只有用放射性同位素技术才能测出。最后一种热扩散，是指流体分子因温度差而引起的扩散。

通过对文献的查找，结合老师的讲解，我认识到扩散现象是气体分子的内迁现象。微观角度是大量气体分子做无规则热运动时，分子之间不断碰撞的结果。在分子分布多的地方，分子之间碰撞的几率大，次数多，所以向周围扩散的幅度大，不断这样扩散形成均匀分布的状态。

2.2 认识布朗运动

1827年英国植物学家R.布朗观察到花粉颗粒在其水溶液中进行着不停息的无规则运动。此后，科学家们发现除了花粉颗粒，其他悬浮在流体中的微粒，例如空气中的尘埃，也能表现出这种无规则运动。因R.布朗是对这种现象进行科学研究的第一人，后人就把这种微粒的运动称之为布朗运动。[1]

从J.德耳索首先指出布朗动是由于颗粒受到液体分子碰撞的不平衡力作用而引起的，到爱因斯坦发表了《关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》一文，分析布朗运动，再到皮兰验证爱因斯坦的理论[2]，人们在长期的研究过程中发现布朗运动有着五个鲜明的特点：第一是每个分子在不同时刻撞击小颗粒冲力的方向、大小皆不相同，因而布朗运动是无规则的。第二是液体分子的运动是永不停息的，所以液体分子对固体微粒的撞击也是永不停息的。第三是颗粒越小，则其质量越小，在外力一定时，颗粒受撞击瞬间的加速度越大，运动状态越容易改变，故布朗运动越明显。第四点是温度越高，液体分子越不稳定，运动越剧烈，分子撞击颗粒时对颗粒的撞击力越大，小颗粒的运动状态改变越快，故布朗运动越明显。第五点因做布朗运动的固体颗粒很小，故肉眼是很难看见的，必须在显微镜下才能看到。

2.3 生活中的扩散现象

生活中有很多扩散现象，我们要用发现的眼睛来看待生活，举几个例子可以更好的帮助大家认识扩散现象。

固体扩散现象：常放煤泥的墙角会变得很黑，而且用水冲不干净，这是因为黑煤已经扩散进墙角去了。

液体扩散现象：小河岸边的角落里，有一个排污口在偷偷地排放污水，过了不一会儿，整条小河的水就变了颜色；清水中滴入几滴黑墨水，过一段时间，水就都染上黑色了。

气体扩散现象：隔壁邻居炒菜，过了一会我就闻到了香味；房间里用了电蚊香，不久客厅也能闻到蚊香的香味。不仅有这三种扩散现象，还有一种热量扩散，比如冬天，房间里开了暖气或取暖器，过了一会整个房间就变得暖洋洋的了。[3]

2.4 生活中的布朗运动

每当晚上我们写作业时，我们仔细观察就能看到灯光照射下的空气有漂浮的灰尘。这就是在没有风的环境下，空气中有很多气体分子做无规则运动，打击空气中的灰尘，所以我们能看到灰尘漂浮。

吞噬细胞是人体中的一道防线，他们中有中性粒细胞。中性粒细胞在显微镜下可以分为定向运动和随机运动。不规则的随机运动就是布朗运动。

3 研究结论

3.1 布朗运动和扩散现象的区别

从定义看，布朗运动是悬浮颗粒由于分子的热运动被撞击而产生的运动。就像用显微镜看水中的花粉颗粒做无规则运动，原因就是水分子因为分子热运动而撞击花粉。扩散现象是由于分子热运动而产生的质量迁移现象，而且主要是密度差和浓度差引起的。即不同物质进入对方，如往水里撒盐，一会后水会变咸。这两者的区别我用一个实例来说明吧，把一滴墨水滴到清水里，看到的墨水弥散，这个过程是分子热运动的表现，而且是扩散。等到液体颜色均匀了，扩散就终止了，墨水分子仍然在做分子热运动，但是这个过程没有布朗运动，布朗运动不是分子的运动，是小颗粒收到分子撞击的运动。

从应用方面看，布朗运动是随机涨落的典型代表，不仅应用于测量仪器灵敏度的研究，也可以用来作为社会现象的模型，如股市价格变动。而扩散现象对我们生活中的一些现象的解释和规避有着一定的作用，如避免堆放的煤炭扩散到墙壁中无法处理等，同时也经常体现在基础的物理化学实验中。

3.2 布朗运动和扩散现象的联系

虽然两者有很大区别，但是还是有一定的联系。首先，布朗运动是分子扩散现象的宏观体现，而分子扩散现象是布朗运动的微观解释。其次，两者都反映了分子永不停息地在做无规则运动，而且都随温度的升高表现得更为明显。[4]

4 结束语

扩散现象是物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直到均匀分布的现象，布朗运动是漂浮颗粒被进行热运动分子撞击所产生的不规则运动。扩散现象与布朗运动有很大的区别，也有一定的联系。扩散现象直接体现了分子热运动，而布朗运动则间接体现了分子热运动。与此同时，我们在查阅相关资料了解到布朗观察克拉花粉无意间的发现，导致的一系列科学的进展，扩散现象也是人们在平时的一些小事中发现并进行深入研究才有后来的理论成果，并运用到其他领域。在这个过程中，我们应该在此学到其中的一些科研精神，留意生活中的一些细节，对所面临的事物产生疑问时，要有自己的思考，多问自己为什么，并自己想方法来解答疑问，真正做到在求知中成长。