قانون نفوذ فیک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
در شکل های بالا نفوذ مولکولی در ابعاد میکروسکوپی و ماکروسکوپی نشان داده شده است.در ابتدا ذرات موجود در محلول(نقاط بنفش رنگ سمت چپ) به وسیله یک مانع از محلول سمت راست جدا شده است.با برداشته شدن مانع ذرات موجود در محلول با حرکت های تصادفی به سمت راست نفوذ می کند(شکل یک نشان دهنده حرکت یک ذره در داخل محلول است).شکل دوم نشان دهنده این پدیده در ابعاد میکروسکوپی و شکل سوم نشان دهنده این پدیده در ابعاد ماکروسکوپی (یعنی حالتی که با چشم دیده می شود) می باشد.

قانون نفوذ فیک(به انگلیسی: Fick's laws of diffusion) نفوذ را از لحاظ آماری در محیط‌های پیوسته بررسی کرده و ضریب نفوذ(D) را تعریف می‌کند.

قانون نخست فیک[ویرایش]

قانون نخست فیک برای نفوذ در حالت پایا به کار می‌رود. یعنی زمانی که اختلاف غلظت با گذشت زمان تغییر نمی‌کند و فقط به مکان وابسته است.

J = - D \frac{\partial \phi}{\partial x}

به گونه‌ای که

  • J شار نفوذ است و بعد آن [L time] و یکایش [mol m s] است.
  • D ضریب نفوذ و بعد آن [L۲ time]و یکایش [m۲ s] است.
  • ɸ غلظت است و بعد آن [L] و یکایش [mol m] است.
  • x فاصلهٔ نفوذ است و بعد آن طول([L])و یکایش [m] است.

D با سرعت متوسط ذرات رابطه مستقیم دارد که سرعت خود به دما، گرانروی سیال و اندازه ذرات وابستگی دارد.

قانون دوم فیک[ویرایش]

قانون دوم فیک بیشتر برای محیط‌های ناپایا استفاده می‌شود و به صورت زیر می‌باشد:

\frac{\partial \phi}{\partial t} = D \frac{\partial^2 \phi}{\partial x^2}

که ɸ غلظت ماده نفوذ کننده می‌باشد، t زمان و D ثابت نفوذ می‌باشد.

مواد غیر فیکی: موادی نیز وجود دارند که با استفاده از قانون فیک نمی توان رفتار انتقالی آنها را بررسی نمود، برای بررسی رفتار این مواد از مجموعه قوانین و قاعده هایی استفاده می شود که به طور معمول یک ترم اضافه بر قانون فیک دارند.

کاربرد[ویرایش]

در کلیه بحثهای انتقال جرم این قانون بکار میرود. یکی از این موارد، الکتروشیمی هست. در این مبحث با در نظر گرفتن همرفت طبیعی و یا سایر شرایط آزمایش، مسائله با شرایط مرزی و اولیه مطرح میشود. حل مسئله به رابطه جریان-پتانسیل یا رابطه ای دیگر ( بنا به مورد) منجر میشود.[۱]

تاریخچه[ویرایش]

این قانون از نام آدولف فیک (سال ۱۸۵۵) گرفته شده‌است.

منابع[ویرایش]

Shewmon, Paul - Diffusion in Solids - Minerals, Metals, & Materials Society; 2nd edition (February 1998)

الگو:مهندسی شیمی -خرد

  1. بارد الکتروشیمی