Verschil tussen Steady State en Diffuse toestandverspreiding

Belangrijkste verschil - Steady-state versus instabiele diffusie

Bij elke temperatuur die verschilt van het absolute nulpunt, zijn alle atomen van een stof (in een gas, vloeistof of vaste stof) constant in beweging. Deze bewegingen veroorzaken botsingen met elkaar. Door deze botsingen lijkt de beweging van deeltjes zig-zag. Het is echter waarneembaar dat deeltjes met een hoge concentratie de neiging hebben om naar een lagere concentratie over een concentratiegradiënt, bekend als diffusie, te bewegen. Diffusie kan worden onderverdeeld in twee typen als steady-state diffusie en diffuse diffuse toestand. Het belangrijkste verschil tussen steady-state diffusie en onstabiele toestand diffusie is dat steady-state diffusie vindt plaats met een constante snelheid, terwijl de snelheid van onstabiele toestand diffusie een functie van de tijd is. Beide typen kunnen kwantitatief worden beschreven door de wetten van Fick.

Key Areas Covered

1. Wat is Steady State Diffusion
     - Definitie, relatie met de eerste wet van Fick
2. Wat is onvaste staat diffusie
     - Definitie, relatie met Fick's eerste en tweede wetten
3. Wat is het verschil tussen Steady State en Diffuse toestandverspreiding
     - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: botsingen, diffusie, wet van Fick, constante statusverspreiding, diffuse toestandverspreiding

Wat is Steady State Diffusion

Steady-state diffusie is een vorm van diffusie die zich in een constante snelheid afspeelt. Hier is het aantal mol deeltjes die een gegeven interface kruisen constant in de tijd. Daarom is in het hele systeem de veranderingssnelheid van de concentratie met afstand (dc / dx) een constante waarde en is de verandering van de concentratie in de tijd nul (dc / dt).

Voor steady-state,

dc / dx = constant

dc / dt = 0

Waar dc een verandering in concentratie is, dx is een kleine afstand en dt is een kleine tijdsperiode.

Figuur 1: Diffusie

Fick's eerste wet bepaalt zowel de steady-state diffusie als de onstabiele toestand diffusie kwantitatief. De eerste wet van de Fick zegt dat diffuse flux recht evenredig is met de bestaande concentratiegradiënt en het kan wiskundig worden gegeven als,

J = -D (dφ / dx)

Waarin,

• J is de diffusieflux; de dimensie is de hoeveelheid stof per oppervlakte-eenheid per tijdseenheid en de eenheid is mol m^-2s^-1.
• D is de diffusiecoëfficiënt. Het is ook bekend als de diffusiviteit. De dimensie van deze component is oppervlakte per tijdseenheid, vandaar dat de eenheid m is²/ s.
• φ is de concentratie. Het wordt gegeven door de eenheid mol / m³.
• x is de positie van een opgeloste stof. De dimensie voor dit onderdeel is lengte. Het wordt gegeven door eenheid m.

Wat is onvaste staat diffusie

Diffusie van niet-stabiele toestand of niet-steady-state diffusie is een vorm van diffusie waarbij de snelheid van diffusie een functie van de tijd is. Dit betekent dat de snelheid van diffusie tijdsafhankelijk is. Daarom is de snelheid van de concentratie met afstand (dc / dx) geen constante en de verandering van concentratie in de tijd is niet nul.

Voor onstabiele toestand,

dc / dx = variëren met de tijd

dc / dt ≠ 0

Waar dc een verandering in concentratie is, dx is een kleine afstand en dt is een kleine tijdsperiode.

Fick's tweede wet bepaalt diffuse toestand diffractie kwantitatief. De tweede diffusiewet van Fick wordt gebruikt om te voorspellen hoe de concentratie verandert in de tijd dat diffusie optreedt. Het wordt gegeven door een gedeeltelijke differentievergelijking zoals hieronder.

δφ / δt = D δ²φ / óx²

Waarin,

• φ is de concentratie (een dimensie die afhangt van de tijd en de locatie (x)).
• t is tijd (gegeven door s)
• D is de diffusiecoëfficiënt.
• X is de positie (gegeven door lengteafmetingen).

Daarom wordt de onstabiele toestand geformuleerd als een partiële diffusievergelijking.

Verschil tussen Steady State en Diffuse toestandverspreiding

Definitie

Steady State Diffusion: Steady-state diffusie is een vorm van diffusie die zich in een constante snelheid afspeelt.

Onstabiele toestand Diffusion: Diffusie van niet-stabiele toestand of niet-steady-state diffusie is een vorm van diffusie waarbij de snelheid van diffusie een functie van tijd is.

Snelheid van diffusie

Steady State Diffusion: De diffusiesnelheid is constant voor steady-state diffusie.

Onstabiele toestand Diffusion: De diffusiesnelheid is niet constant voor onstabiele toestand diffusie. Het varieert met de tijd.

Afhankelijkheid van tijd

Steady State Diffusion: Steady-state diffusie varieert niet met de tijd.

Onstabiele toestand Diffusion: Diffusie van onstabiele toestand is een functie van tijd (deze verandert met de tijd).

Verband met de wetten van Fick

Steady State Diffusion: Steady state kan kwantitatief worden bepaald door Fick's eerste wet.

Onstabiele toestand Diffusion: Diffuse toestandsdiffusie kan kwantitatief worden bepaald door de eerste en tweede wetten van Fick.

Conclusie

Steady-state diffusie en onstabiele toestand diffusie zijn twee soorten diffusie. Beide typen kunnen kwantitatief worden beschreven door de wetten van Fick. Het belangrijkste verschil tussen steady-state diffusie en onstabiele toestand diffusie is dat steady-state diffusie plaatsvindt met een constante snelheid, terwijl de snelheid van onstabiele toestand diffusie een functie van tijd is.

Referentie:

1. "Diffusiemechanismen." Hoofdstuk 5. Diffusie, hier beschikbaar.
2. "Viscoelastic (Non Fickian) Diffusion." The Canadian Journal of Chemical Engineering, vol. 83, december 2005, pp. 913-915., Hier beschikbaar.
3. "Multiphysics Cyclopedia." COMSOL, hier beschikbaar.