Диффузия

Диффузия — явление самопроизвольного взаимного проникновения и перемешивания частиц (в частности, молекул) двух соприкасающихся веществ (газов, жидкостей, твердых тел).

Общая информация

Явления переноса в термодинамически неравновесных системах — это необратимые процессы, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы или импульса. Термодинамически равновесное состояние системы это такое состояние теплового и механического равновесия структурных элементов системы, которое без внешнего воздействия может сохраняться сколь угодно долго. В данном случае неравновесным состоянием системы считается обратное состояние — состояние макроскопической системы, изменяющееся или способное изменяться спонтанно (без внешнего воздействия). В неравновесном состоянии системы в разных её частях могут быть различны термодинамические параметры — температура и давление. Неравновесные термодинамические системы также могут характеризоваться набором двух или нескольких состояний локального термодинамического равновесия.

Встречается также самодиффузия, когда частица движется среди ей подобных. Условием диффузии или самодиффузии является неоднородное распределение частиц в пространстве, иначе говоря, наличие градиента концентрации частиц. Происходит перенос частиц из области с большей концентрацией в область, где концентрация меньше.

Уравнение диффузии (закон Фика) имеет вид:

$J_{N}=-D{dn \over dz}S$, где

$J_{N}$ — диффузионный поток частиц, то есть число частиц, прошедших за единицу времени в результате диффузии через поверхность площадью S, перпендикулярную к оси OZ,

${dn \over dz}$ — градиент концентрации вдоль этой оси, D — коэффициент диффузии.

Для идеального газа коэффициент диффузии D может быть рассчитан из соотношения:

$D={1 \over 3}v<l>$

В жидкости диффузионное движение частицы состоит из случайных перемещений на расстояния порядка размера самой частицы и малых колебаний около вре́менных положений равновесия. В твёрдом теле диффузия затруднена фиксированным положением атомов среды, образующих кристаллическую решётку.

Диффузия играет важную роль во многих естественных явлениях и в технологических процессах.

Источники

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Явления переноса», расположенная по следующим адресам: — «https://baza.znanierussia.ru/mediawiki/index.php/Явления_переноса» — «https://znanierussia.ru/articles/Явления_переноса» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».