质量扩散率
编辑扩散率、质量扩散率或扩散系数是分子扩散引起的摩尔通量与物质浓度梯度(或扩散驱动力)之间的比例常数。 在菲克定律和许多其他物理化学方程中都会遇到扩散率。
扩散率通常针对给定的物种对和多物种系统成对规定。 (一种物质相对于另一种物质的)扩散率越高,它们相互扩散的速度就越快。 通常,化合物在空气中的扩散系数约为水中的 10,000 倍。 二氧化碳在空气中的扩散系数为 16 mm2/s,在水中的扩散系数为 0.0016 mm2/s。
扩散率的量纲为长度2/时间,或以 SI 单位表示的 m2/s 和以 CGS 单位表示的 cm2/s。
扩散系数的温度依赖性
编辑固体
通常发现不同温度下固体中的扩散系数可以通过 Arrhenius 方程很好地预测:
D = D 0 exp ( − E A R T )
D为扩散系数(m2/s),
- D0 是xxx扩散系数(在无限温度下;单位为 m2/s),
- EA 是扩散的活化能(以 J/mol 为单位),
- T 是xxx温度(以 K 为单位),
- R ≈ 8.31446 J/(mol⋅K) 是通用气体常数。
液体
通常可以使用 Stokes-Einstein 方程找到扩散系数对液体温度的近似依赖性,
D为扩散系数,
- T1和T2是对应的xxx温度,
- μ 是溶剂的动态粘度。
气体
扩散系数对气体温度的依赖性可以使用 Chapman-Enskog 理论表示(平均预测准确度约为 8%):
扩散系数的压力依赖性
编辑对于两个不同压力(但相同温度)下气体的自扩散,建议使用以下经验方程:D P 1 D P 2 = ρ P 2 ρ P 1
D为扩散系数,
- ρ为气体质量密度,
- P1和P2是对应的压力。
种群动态:扩散系数对适应度的依赖性
编辑在种群动力学中,运动是扩散系数响应条件变化的变化。 在有目的的运动模型中,扩散系数取决于适应度(或繁殖系数)r:D = D 0 e − α r
其中 D 0 {displaystyle D_{0}} 是常数,r 取决于种群密度和生活条件的非生物特征。 这种依赖性是简单规则的形式化:动物在良好条件下停留的时间更长,离开不良条件的时间更快(让自己足够好模型)。
多孔介质中的有效扩散率
编辑有效扩散系数描述了通过多孔介质孔隙空间的扩散。 它本质上是宏观的,因为需要考虑的不是单个孔隙,而是整个孔隙空间。 通过孔隙传输的有效扩散系数 De 估算如下: De = D ε t δ τ ,
D为气体或液体在孔隙中的扩散系数,
- εt 是可用于传输的孔隙率(无量纲),
- δ 是收缩率(无量纲),
- τ 是曲折度(无量纲
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