Forskjellen mellom steady state og unsteady State Diffusion
Share
Hovedforskjell - Steady State vs Unsteady State Diffusion
Ved en hvilken som helst temperatur som er forskjellig fra absolutt null, er alle atomer av et stoff (i en gass, væske eller fast stoff) konstant i bevegelse. Disse bevegelsene forårsaker kollisjoner med hverandre. På grunn av disse kollisjonene, synes bevegelsen av partikler zig-zag. Imidlertid er det observerbart at partikler med høy konsentrasjon har tendens til å bevege seg mot en lavere konsentrasjon over en konsentrasjonsgradient kjent som diffusjon. Diffusjon kan deles inn i to typer som steady state diffusjon og ustabil tilstand diffusjon. Hovedforskjellen mellom steady state diffusjon og unsteady state diffusjon er det steady state diffusjon foregår med en konstant hastighet mens frekvensen av ustabil tilstandsdiffusjon er en funksjon av tiden. Begge disse typene kan beskrives kvantitativt av Ficks lover.
Nøkkelområder dekket
1. Hva er Steady State Diffusion
- Definisjon, forhold til Ficks første lov
2. Hva er unsteady State Diffusion
- Definisjon, forhold til Ficks første og andre lover
3. Hva er forskjellen mellom steady state og unsteady State Diffusion
- Sammenligning av nøkkelforskjeller
Nøkkelbegreper: Kollisjoner, Diffusjon, Fick's Law, Stabil State Diffusion, Ustabil State Diffusion
Hva er Steady State Diffusion
Steady state diffusjon er en form for diffusjon som foregår med en konstant hastighet. Her er antall mol partikler som krysser et gitt grensesnitt konstant med tiden. Derfor, i hele systemet, er konsentrasjonshastigheten med avstand (dc / dx) en konstant verdi og endring av konsentrasjon med tiden er null (dc / dt).
For jevn tilstand,
dc / dx = konstant
dc / dt = 0
Hvor dc er en endring i konsentrasjon, er dx en liten avstand og dt er en liten tidsperiode.
Figur 1: Diffusjon
Fick sin første lov bestemmer både steady state diffusjon og ustabilt tilstands diffusjon kvantitativt. Ficks første lov sier at diffusiv flux er direkte proporsjonal med den eksisterende konsentrasjonsgradienten, og den kan matematisk gis som,
J = -D (dφ / dx)
I hvilken,
- J er diffusjonsstrømmen; dens dimensjon er mengden stoff per enhet per time per enhet, og enheten er mol m-2s-1.
- D er diffusjonskoeffisienten. Det er også kjent som diffusiviteten. Dimensjonen til denne komponenten er areal per tidsenhet, derfor er enheten m2/ s.
- φ er konsentrasjonen. Den er gitt av enheten mol / m3.
- x er posisjonen til et løsemiddel. Dimensjonen for denne komponenten er lengde. Den er gitt av enheten m.
Hva er unsteady State Diffusion
Ustabil tilstandsdiffusjon eller ikke-steady state diffusjon er en form for diffusjon hvor diffusjonshastigheten er en funksjon av tiden. Dette betyr at diffusjonshastigheten er tidsavhengig. Derfor er konsentrasjonshastigheten med avstand (dc / dx) ikke en konstant og endring av konsentrasjon med tiden er ikke null.
For ustabil tilstand,
dc / dx = varierer med tiden
dc / dt ≠ 0
Hvor dc er en endring i konsentrasjon, er dx en liten avstand og dt er en liten tidsperiode.
Fick sin andre lov bestemmer ustabil tilstandsdiffusjon kvantitativt. Ficks andre lov om diffusjon brukes til å forutsi hvordan konsentrasjonen endres med tiden når diffusjon oppstår. Den er gitt ved en delvis differensieringsligning som nedenfor.
δφ / δt = D δ2φ / Ax2
I hvilken,
- φ er konsentrasjonen (en dimensjon som avhenger av tid og plassering (x)).
- t er tid (gitt av s)
- D er diffusjonskoeffisienten.
- X er posisjonen (gitt av dimensjoner av lengden).
Den ustabile tilstanden formuleres derfor som en partiell diffusjonsligning.
Forskjellen mellom steady state og unsteady State Diffusion
Definisjon
Steady State Diffusion: Steady state diffusjon er en form for diffusjon som foregår med en konstant hastighet.
Ustabil tilstand Spredning: Ustabil tilstandsdiffusjon eller ikke-steady state diffusjon er en form for diffusjon hvor diffusjonshastigheten er en funksjon av tiden.
Diffusjonsfrekvens
Steady State Diffusion: Diffusjonshastigheten er konstant for stabil diffusjon.
Ustabil tilstand Spredning: Graden av diffusjon er ikke konstant for ustabil tilstandsdiffusjon. Det varierer med tiden.
Avhengighet av tid
Steady State Diffusion: Steady state diffusjon varierer ikke med tiden.
Ustabil tilstand Spredning: Ustabil tilstandsdiffusjon er en funksjon av tid (det endres med tiden).
Forhold til Ficks lover
Steady State Diffusion: Stabil tilstand kan bestemmes kvantitativt av Ficks første lov.
Ustabil tilstand Spredning: Ustabil tilstandsdiffusjon kan bestemmes kvantitativt av Ficks første og andre lover.
Konklusjon
Steady state diffusjon og ustabilt tilstand diffusjon er to typer diffusjon. Begge disse typene kan beskrives kvantitativt av Ficks lover. Hovedforskjellen mellom steady state diffusjon og unsteady state diffusjon er at steady state diffusjon foregår med en konstant hastighet mens frekvensen av ustabil tilstand diffusjon er en funksjon av tiden.
Henvisning:
1. "Diffusjonsmekanismer." Kapittel 5. Diffusjon, Tilgjengelig her.
2. "Viskoelastisk (Non Fickian) Diffusjon." Den kanadiske Journal of Chemical Engineering, vol. 83, Des. 2005, s. 913-915., Tilgjengelig her.
3. "Multiphysics Cyclopedia." COMSOL, tilgjengelig her.
