Диффузия
Термин
диффузия
Термин на английском
diffusion
Связанные термины
межзеренная граница, поверхностная диффузия, диффузия в кристалле, гидродинамический радиус
Определение
(лат. diffusio - распространение, растекание, рассеивание) - процесс переноса материи, обусловленный тепловым движением молекул, атомов или ионов, из области с более высоким потенциалом в область с более низким потенциалом
Описание
Процесс диффузии является неравновесным, однако приводит к равновесному распределению концентраций вещества внутри системы. Все виды диффузии подчиняются сходным закономерностям. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения образца, а также разности концентраций, температур или зарядов (в случае относительно небольших величин этих параметров). Скорость диффузии пропорциональна также параметру, характеризующему конкретный материал. В случае тепловой диффузии этот параметр называется теплопроводностью, в случае потока электрических зарядов - электропроводностью. Количество вещества, которое диффундирует в течение определённого времени, и расстояние, проходимое диффундирующим веществом, пропорциональны квадратному корню времени.
С точки зрения термодинамики движущим потенциалом любого выравнивающего процесса является рост энтропии. При постоянных давлении и температуре в роли такого потенциала выступает химический потенциал µ, обуславливающий поддержание потоков вещества. Поток частиц вещества пропорционален при этом градиенту потенциала
В большинстве практических случаев вместо химического потенциала применяется концентрация C. Прямая замена µ на C становится некорректной в случае больших концентраций, так как химический потенциал связан с концентрацией по логарифмическому закону. Если не рассматривать такие случаи, то приведённую выше формулу можно заменить на следующую:
которая показывает, что плотность потока вещества J [cм - 2сек - 1] пропорциональна коэффициенту диффузии D [cм2сек - 1] и градиенту концентрации. Это уравнение выражает первый закон Фика (Адольф Фик - немецкий физиолог, установивший законы диффузии в 1855 г.). Второй закон Фика связывает изменение концентрации в пространстве и во времени:
Коэффициент диффузии D зависит от температуры. При сохранении механизма диффузии эта зависимость в широком интервале температур описывается уравнением Аррениуса.
В твердом теле обычно выделяют объемную и поверхностную диффузию, а также диффузию по границам зерен, скорости которых существенно отличаются.
Авторы
Ссылки
Разделы
Наноструктурированные керамические и композиционные материалы и покрытия
Наноструктурированные металлы и сплавы с особыми механическими свойствами
Керамические методы (спекание, прессование, самораспространяющийся синтез и т.п.)
Методы формирования наноматериалов
| Главная |