Hlavní rozdíl - Fickian vs Non Fickianova difúze

Difúze je pohyb molekul z oblasti s vysokou koncentrací do oblasti s nízkou koncentrací. Jinými slovy, molekuly se pohybují koncentračním gradientem. Faktory, které ovlivňují koncentrační gradient, tedy ovlivní také difúzi. Difúze, která probíhá v pevných látkách, jako jsou polymery, je však velmi odlišná od difúze kapalin a plynů. Fickovy zákony jsou sadou rovnic, které lze použít k vysvětlení difúze v pevných látkách. Fickianova a Non Fickianova difúze jsou dvě formy difúze, které jsou popsány pomocí Fickových zákonů. Fickianova difúze se řídí Fickianovými zákony, zatímco ne Fickianova difúze nedodržuje Fickianovy zákony. Hlavní rozdíl mezi Fickianovou a Non Fickianovou difúzí je přítomnost nebo absence hranic; ve Fickianově difúzi neexistují žádné hranice, zatímco nefickovská difúze má ostrou hranici oddělující silně nabobtnanou oblast od suché, skelné oblasti.

Pokryté klíčové oblasti

1. Co jsou Fickovy zákony - Vysvětlení, první zákon, druhý zákon 2. Co je to Fickianova difúze - Definice, vysvětlení 3. Co je nefickiánská difúze - Definice, různé typy 4. Jaký je rozdíl mezi Fickianovou a Non Fickianovou difúzí - Porovnání klíčových rozdílů

Klíčové pojmy: difúze, difuzivita, Fickianova difúze, Fickův první zákon, Fickův druhý zákon, nefickovská difúze, stres, otok

Jaké jsou Fickovy zákony

Fickovy difúzní zákony zavedl Adolf Fick v roce 1855. Tyto zákony poskytují nejjednodušší popis difúze. Níže jsou uvedeny dva Fickovy zákony.

1. Molární tok jednotkovou plochou materiálu je úměrný koncentračnímu gradientu.
2. Koncentrace se mění jako funkce času na změnu toku vzhledem k poloze.

Fickův první zákon

Podle Fickova prvního zákona je molární tok (tok rozpuštěné látky) přes jednotku plochy materiálu úměrný koncentračnímu gradientu. Zde je konstanta proporcionality známá jako difúzní koeficient. Difúze je pohyb složek z vysoké koncentrace do nízké koncentrace přes koncentrační gradient. To je jednoduchá myšlenka Fickova prvního zákona. Zákon lze zadat v matematické rovnici jako;

J = -D (dϕ/dx)

J je difúzní tok; jeho rozměr je množství látky na jednotku plochy za jednotku času; proto je jednotka mol m⁻² s⁻¹.

D je difúzní koeficient. Je také známá jako difuzivita. Dimenze této komponenty je plocha za jednotku času; proto je jednotka m²/s.

Φ je koncentrace. Je to dáno jednotkou mol/m³.

x je poloha rozpuštěné látky. Dimenze pro tuto součást je délka. Je to dáno jednotkou m.

Difúzní koeficient je úměrná následujícím faktorům.

Fickův druhý zákon

Fickův druhý difúzní zákon se používá k předpovědi, jak se koncentrace mění s časem, kdy dochází k difúzi. Podle druhého Fickova zákona se koncentrace mění jako funkce času na změnu toku vzhledem k poloze. Je to dáno rovnicí parciální diferenciace, jak je uvedeno níže.

δϕ/δt = D δ²ϕ/δx²

ϕ je koncentrace (dimenze, která závisí na čase a místě (x)).

t je čas (daný s)

D je difúzní koeficient.

X je poloha (daná rozměry délky).

Výše uvedená rovnice je uvedena pro difúzi v jedné dimenzi. Pro dvě nebo více dimenzí jsou uvedeny složitější rovnice.

Co je Fickianova difúze

V plynech a kapalinách difúze nevytváří napěťové pole. Ale v pevných látkách vzniká zvláštní napětí v důsledku přítomnosti bobtnajících penetrantů. Toto napětí může způsobit rovnoměrné trhliny, což jinými slovy vyvolá morfologické změny. Pak mohou tato bobtnání a napěťová pole ovlivnit difúzi. Účinky otoku a napětí mohou být:

Základním kritériem Fickianovy difúze je, že povrchová koncentrace dosahuje své rovnovážné hodnoty okamžitě po změně podmínek a zůstává konstantní díky sorpčnímu procesu. Například v systému pryskyřicové matrice musí segmenty polymerního řetězce na povrchu okamžitě dosáhnout nasycení.

Fickianova difúze je zřídka pozorována pro transport kapaliny sklovitým polymerem. Pokud může být hmotnostní příjem M zpočátku reprezentován,

M = kt

t je čas a k an jsou konstanty pro Fickianovu difúzi, n = ½.

Co je Non Fickianova difúze

Nefickiánská difúze je difúze, která probíhá bez dodržování Fickových zákonů difúze. V roce 1946 byl koncept ne Fickianovy difúze předložen během diskuse Faradayovy společnosti o bobtnání a zmenšování. Tento koncept uvádí, že v některých polymerních systémech mezi nabobtnalými a nenadouvanými oblastmi existují ostré hranice, které se pohybují lineárně s časem. Asi po 20 letech to Alfrey pojmenoval jako „difúzi případu II“, která je nyní uznávána jako typ ne Fickianova difúze. Existují čtyři typy nefickiánské difúze, jak je uvedeno níže.

1. Klasická difúze
2. Sigmoidální difúze
3. Difúze případu II
4. Dvoustupňová difúze

Pokud může být hmotnostní příjem M zpočátku reprezentován,

M = kt

t je čas a k an jsou konstanty, pak lze předpovědět následující.

Obrázek 1: Molekulární difúze

Vlastnosti nefickovské difúze

Rozdíl mezi Fickianovou a Non Fickianovou difúzí

Definice

Fickianova difúze: Fickianova difúze je forma difúze, která dodržuje Fickianovy zákony.

Non Fickianova difúze: Nefickiánská difúze je jakákoli forma difúze, která se neřídí Fickianovými zákony.

Hodnota n v rovnici hromadného příjmu

Fickianova difúze: Pro Fickianovu difúzi n = ½ v rovnici pro příjem hmoty.

Non Fickianova difúze: Hodnota n pro sigmoidální (anomální) difúzi může být dána vztahem: ½ <n <1 a pro případ II je hodnota difúze n 1.

Přítomnost hranic

Fickianova difúze: Při Fickianově difúzi nelze pozorovat žádné hranice.

Non Fickianova difúze: V nefikianské difúzi lze pozorovat ostrou hranici, která odděluje silně oteklou oblast od suché, sklovité oblasti.

Pohyb ostré fronty

Fickianova difúze: Ve Fickianově difúzi chybí ostrá fronta.

Non Fickianova difúze: Ostrá fronta v nefickovské difúzi se pohybuje do polymeru konstantní rychlostí, což způsobuje, že se množství absorbované tekutiny lineárně zvyšuje s časem

Závěr

Fickianova a nefickovská difúze jsou dvě formy difúze. Fickianovu difúzi lze vysvětlit pomocí Fickova zákona, nikoli však ne Fickianovu difúzi. Hlavní rozdíl mezi Fickianovou a Non Fickianovou difúzí je v tom, že Fickianova difúze se řídí Fickianovými zákony, zatímco nefickovská difúze se neřídí Fickianovými zákony.

Odkaz:

1. „Viskoelastická (nefickovská) difúze.“ The Canadian Journal of Chemical Engineering, sv. 83, prosinec 2005, s. 913–915., K dispozici zde.2. "Multiphysics Cyclopedia." COMSOL, k dispozici zde. "Fickovy difúzní zákony." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 22. ledna 2018, k dispozici zde.

Obrázek s laskavým svolením:

1. „DiffusionMicroMacro“ od Sbyrnes321 - vlastní práce (veřejná doména) prostřednictvím Commons Wikimedia