Unterschied zwischen stationärer und instationärer Diffusion

Hauptunterschied - Stabilitätszustand vs. Diffusivstatus

Bei jeder Temperatur, die sich vom absoluten Nullpunkt unterscheidet, sind alle Atome einer Substanz (in einem Gas, in einer Flüssigkeit oder in einem Feststoff) ständig in Bewegung. Diese Bewegungen verursachen Kollisionen miteinander. Aufgrund dieser Kollisionen wirkt die Bewegung der Partikel im Zickzack. Es ist jedoch zu beobachten, dass sich Partikel in einer hohen Konzentration über einen als Diffusion bekannten Konzentrationsgradienten zu einer niedrigeren Konzentration bewegen. Die Diffusion kann in zwei Typen unterteilt werden, als stationäre Diffusion und instationäre Diffusion. Der Hauptunterschied zwischen stationärer Diffusion und instationärer Diffusion liegt darin Die stationäre Diffusion findet mit einer konstanten Rate statt, während die Diffusionsrate im instationären Zustand eine Funktion der Zeit ist. Beide Arten können durch die Gesetze von Fick quantitativ beschrieben werden.

Wichtige Bereiche

1. Was ist stationäre Diffusion?
     - Definition, Beziehung zum ersten Gesetz von Fick
2. Was ist instationäre Diffusion
     - Definition, Beziehung zu den ersten und zweiten Gesetzen von Fick
3. Was ist der Unterschied zwischen der stationären und der instationären Diffusion?
     - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Kollisionen, Diffusion, Fick-Gesetz, Steady State Diffusion, Instationary State Diffusion

Was ist stationäre Diffusion?

Die stationäre Diffusion ist eine Form der Diffusion, die mit einer konstanten Geschwindigkeit stattfindet. Hier ist die Anzahl der Mole von Teilchen, die eine gegebene Grenzfläche kreuzen, mit der Zeit konstant. Daher ist im gesamten System die Änderungsrate der Konzentration mit dem Abstand (dc / dx) ein konstanter Wert und die Änderung der Konzentration mit der Zeit ist null (dc / dt)..

Für den stationären Zustand,

dc / dx = konstant

dc / dt = 0

Wenn dc eine Konzentrationsänderung ist, ist dx eine kleine Entfernung und dt ist eine kleine Zeitspanne.

Abbildung 1: Diffusion

Ficks erstes Gesetz bestimmt sowohl stationäre Diffusion als auch instationäre Diffusion quantitativ. Das erste Gesetz des Ficks besagt, dass der Diffusionsfluss direkt proportional zum vorhandenen Konzentrationsgradienten ist und mathematisch als angegeben werden kann,

J = -D (dϕ / dx)

In welchem,

• J ist der Diffusionsfluss; Ihre Abmessung ist die Stoffmenge pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit und die Einheit ist mol m⁻²s⁻¹.
• D ist der Diffusionskoeffizient. Es wird auch als Diffusivität bezeichnet. Die Dimension dieser Komponente ist Fläche pro Zeiteinheit, daher ist die Einheit m²/ s.
• ϕ ist die Konzentration. Sie wird durch die Einheit mol / m angegeben³.
• x ist die Position eines gelösten Stoffes. Die Abmessung für diese Komponente ist Länge. Sie wird durch die Einheit m angegeben.

Was ist instationäre Diffusion

Diffusion im instationären Zustand oder Diffusion im stationären Zustand ist eine Form der Diffusion, bei der die Diffusionsgeschwindigkeit eine Funktion der Zeit ist. Dies bedeutet, dass die Diffusionsgeschwindigkeit zeitabhängig ist. Daher ist die Konzentrationsrate mit dem Abstand (dc / dx) nicht konstant und die Änderung der Konzentration mit der Zeit ist nicht Null.

Für instationären Zustand,

dc / dx = variiert mit der Zeit

dc / dt ≠ 0

Wenn dc eine Konzentrationsänderung ist, ist dx eine kleine Entfernung und dt ist eine kleine Zeitspanne.

Ficks zweites Gesetz bestimmt die Diffusion im instationären Zustand quantitativ. Der zweite Diffusionssatz von Fick wird verwendet, um vorherzusagen, wie sich die Konzentration mit der Zeit ändert, wenn die Diffusion auftritt. Sie wird durch eine partielle Differenzierungsgleichung wie folgt angegeben.

/ & delta; t = D & delta ;.²/ δx²

In welchem,

• ϕ ist die Konzentration (eine Dimension, die von Zeit und Ort abhängt (x)).
• t ist die Zeit (gegeben durch s)
• D ist der Diffusionskoeffizient.
• X ist die Position (durch Längenmaße angegeben).

Daher wird der instationäre Zustand als Teildiffusionsgleichung formuliert.

Unterschied zwischen stationärer und instationärer Diffusion

Definition

Steady State Diffusion: Die stationäre Diffusion ist eine Form der Diffusion, die mit einer konstanten Geschwindigkeit stattfindet.

Instabiler Zustand Diffusion: Diffusion im instationären Zustand oder Diffusion im stationären Zustand ist eine Form der Diffusion, bei der die Diffusionsgeschwindigkeit eine Funktion der Zeit ist.

Diffusionsrate

Steady State Diffusion: Die Diffusionsgeschwindigkeit ist für die stationäre Diffusion konstant.

Instabiler Zustand Diffusion: Die Diffusionsgeschwindigkeit ist für die Diffusion im unsteten Zustand nicht konstant. Es variiert mit der Zeit.

Abhängigkeit von der Zeit

Steady State Diffusion: Die Steady-State-Diffusion variiert nicht mit der Zeit.

Instabiler Zustand Diffusion: Die Diffusion im instationären Zustand ist eine Funktion der Zeit (sie ändert sich mit der Zeit).

Beziehung zu Ficks Gesetzen

Steady State Diffusion: Der stationäre Zustand kann durch das erste Gesetz von Fick quantitativ bestimmt werden.

Instabiler Zustand Diffusion: Die Diffusion von instabilem Zustand kann durch das erste und zweite Gesetz von Fick quantitativ bestimmt werden.

Fazit

Diffusion im stationären Zustand und Diffusion im instationären Zustand sind zwei Arten von Diffusion. Beide Arten können durch die Gesetze von Fick quantitativ beschrieben werden. Der Hauptunterschied zwischen der stationären Diffusion und der stationären Diffusion liegt darin, dass die stationäre Diffusion mit einer konstanten Rate erfolgt, während die Diffusionsrate im stationären Zustand eine Funktion der Zeit ist.

Referenz:

1. "Diffusionsmechanismen". Kapitel 5. Diffusion, hier verfügbar.
2. "Viskoelastische (Nicht-Fick'sche) Diffusion." Das Canadian Journal of Chemical Engineering. Vol. 83, Dez. 2005, S. 913-915., Verfügbar hier.
3. "Multiphysics Cyclopedia". COMSOL, hier verfügbar.