Differenza tra stato stazionario e diffusione dello stato instabile

Differenza principale - Stato stazionario vs Diffusione statale instabile

A qualsiasi temperatura diversa dallo zero assoluto, tutti gli atomi di una sostanza (in un gas, liquido o solido) sono costantemente in movimento. Questi movimenti causano collisioni tra loro. A causa di queste collisioni, il movimento delle particelle sembra a zig-zag. Tuttavia, è osservabile che le particelle in alta concentrazione tendono a spostarsi verso una concentrazione inferiore attraverso un gradiente di concentrazione noto come diffusione. La diffusione può essere divisa in due tipi come diffusione dello stato stazionario e diffusione dello stato instabile. La principale differenza tra la diffusione dello stato stazionario e la diffusione dello stato instabile è quella la diffusione dello stato stazionario avviene ad un tasso costante mentre il tasso di diffusione dello stato non stazionario è una funzione del tempo. Entrambi questi tipi possono essere descritti quantitativamente dalle leggi di Fick.

Aree chiave coperte

1. Cos'è la diffusione dello stato stazionario
     - Definizione, relazione con la prima legge di Fick
2. Cos'è la Diffusione statale incerta
     - Definizione, relazione con la prima e la seconda legge di Fick
3. Qual è la differenza tra stato stazionario e diffusione stentata dello stato
     - Confronto tra le principali differenze

Termini chiave: collisioni, diffusione, legge di Fick, diffusione dello stato stazionario, diffusione dello stato instabile

Cos'è la diffusione dello stato stazionario

La diffusione dello stato stazionario è una forma di diffusione che ha luogo a un ritmo costante. Qui, il numero di moli di particelle che attraversano un'interfaccia data è costante nel tempo. Pertanto, in tutto il sistema, il tasso di variazione della concentrazione con la distanza (dc / dx) è un valore costante e il cambiamento di concentrazione con il tempo è zero (dc / dt).

Per lo stato stazionario,

dc / dx = costante

dc / dt = 0

Dove dc è un cambiamento di concentrazione, dx è una piccola distanza e dt è un piccolo periodo di tempo.

Figura 1: diffusione

La prima legge di Fick determina sia la diffusione dello stato stazionario sia la diffusione dello stato instabile quantitativamente. La prima legge di Fick afferma che il flusso diffusivo è direttamente proporzionale al gradiente di concentrazione esistente e può essere dato matematicamente come,

J = -D (dφ / dx)

In quale,

• J è il flusso di diffusione; la sua dimensione è la quantità di sostanza per unità di superficie per unità di tempo e l'unità è m m m^-2S^-1.
• D è il coefficiente di diffusione. È anche conosciuto come diffusività. La dimensione di questo componente è l'area per unità di tempo, quindi l'unità è m²/S.
• φ è la concentrazione. È dato dall'unità mol / m³.
• x è la posizione di un soluto. La dimensione per questo componente è la lunghezza. È dato dall'unità m.

Cos'è la Diffusione statale incerta

La diffusione dello stato non stazionario o la diffusione dello stato non stazionario è una forma di diffusione in cui il tasso di diffusione è una funzione del tempo. Ciò significa che il tasso di diffusione dipende dal tempo. Pertanto, la velocità della concentrazione con la distanza (dc / dx) non è una costante e il cambiamento di concentrazione con il tempo non è zero.

Per lo stato di instabilità,

dc / dx = varia col tempo

dc / dt ≠ 0

Dove dc è un cambiamento di concentrazione, dx è una piccola distanza e dt è un piccolo periodo di tempo.

La seconda legge di Fick determina la diffusione dello stato non stazionario quantitativamente. La seconda legge di diffusione di Fick viene utilizzata per prevedere come la concentrazione cambia nel tempo in cui si verifica la diffusione. È dato da una equazione di differenziazione parziale come sotto.

δφ / δt = D δ²φ / AX²

In quale,

• φ è la concentrazione (una dimensione che dipende dal tempo e dalla posizione (x)).
• t è tempo (dato da s)
• D è il coefficiente di diffusione.
• X è la posizione (data dalle dimensioni della lunghezza).

Quindi, lo stato di instabilità è formulato come un'equazione di diffusione parziale.

Differenza tra stato stazionario e diffusione dello stato instabile

Definizione

Diffusione dello stato stazionario: La diffusione dello stato stazionario è una forma di diffusione che ha luogo a un ritmo costante.

Stato instabile Diffusione: Diffusione dello stato non stazionario o diffusione non stazionaria è una forma di diffusione in cui il tasso di diffusione è una funzione del tempo.

Tasso di diffusione

Diffusione dello stato stazionario: Il tasso di diffusione è costante per la diffusione dello stato stazionario.

Stato instabile Diffusione: Il tasso di diffusione non è costante per la diffusione dello stato instabile. Varia nel tempo.

Dipendenza dal tempo

Diffusione dello stato stazionario: La diffusione dello stato stazionario non varia nel tempo.

Stato instabile Diffusione: La diffusione dello stato non stazionario è una funzione del tempo (cambia col tempo).

Relazione con le leggi di Fick

Diffusione dello stato stazionario: Lo stato stazionario può essere determinato quantitativamente dalla prima legge di Fick.

Stato instabile Diffusione: La diffusione dello stato non stazionario può essere determinata quantitativamente dalla prima e dalla seconda legge di Fick.

Conclusione

La diffusione dello stato stazionario e la diffusione dello stato instabile sono due tipi di diffusione. Entrambi questi tipi possono essere descritti quantitativamente dalle leggi di Fick. La principale differenza tra la diffusione dello stato stazionario e la diffusione dello stato non stazionario è che la diffusione dello stato stazionario avviene a velocità costante mentre il tasso di diffusione dello stato instabile è una funzione del tempo.

Riferimento:

1. "Meccanismi di diffusione". Capitolo 5. Diffusione, disponibile qui.
2. "Diffusione viscoelastica (non Fickian)." The Canadian Journal of Chemical Engineering, vol. 83, dicembre 2005, pp. 913-915., Disponibile qui.
3. "Multiphysics Cyclopedia." COMSOL, disponibile qui.