Diferența dintre difuzia ficșiană și non-ficțională

Diferența principală - Difuzia ficțională vs. difuziunea non-ficțională

Difuzia este mișcarea moleculelor dintr-o regiune cu o concentrație ridicată într-o regiune cu concentrație scăzută. Cu alte cuvinte, moleculele se deplasează printr-un gradient de concentrație. Prin urmare, factorii care afectează gradientul de concentrație vor afecta, de asemenea, difuzia. Cu toate acestea, difuzia care are loc în substanțe solide, cum ar fi polimerii, este foarte diferită de cea a lichidelor și gazelor. Legile lui Fick sunt un set de ecuații care pot fi folosite pentru a explica difuzia în substanțele solide. Difuzia ficțională și non-ficțională sunt două forme de difuzie care sunt descrise folosind legile lui Fick. Distribuția difuziunii se supune legilor ficționale, în timp ce difuziunea non-Fickiană nu se supune legilor ficționale. Principala diferență dintre difuzia Fickian și non-Fickian este prezența sau absența limitelor; nu există limite în difuzia Fickian, în timp ce difuzia non-Fickiană are o limită severă care separă regiunea foarte umflată dintr-o regiune uscată, sticloasă.

Domenii cheie acoperite

1. Ce sunt legile lui Fick?
     - Explicație, Prima lege, A doua lege
2. Ce este Diffusionul Fickian
     - Definiție, Explicație
3. Ce este Difuzia Non Fickiană?
      - Definiție, diferite tipuri
4. Care este diferența dintre difuzia ficșiană și cea non-ficțională
     - Compararea diferențelor cheie

Termeni cheie: difuzia, difuzia, difuzia ficțională, prima lege a lui Fick, a doua lege a lui Fick, difuzia non-fizică, stresul, umflarea

Ce sunt legile lui Fick?

Legea difuzării lui Fick a fost introdusă de Adolf Fick în 1855. Aceste legi oferă cea mai simplă descriere a difuziei. Există două legi ale lui Fick, după cum se arată mai jos.

1. Fluxul molar printr-o suprafață unitară a materialului este proporțional cu gradientul de concentrație.
2. Concentrația se modifică ca o funcție a timpului la modificarea fluxului în raport cu poziția.

Prima lege a lui Fick

Conform primei legi a lui Fick, fluxul molar (fluxul de substanță dizolvată) printr-o zonă unitară a materialului este proporțional cu gradientul de concentrație. Aici, constanta proporționalității este cunoscută drept coeficientul de difuzie. Difuzia este mișcarea componentelor de la o concentrație ridicată la o concentrație scăzută pe un gradient de concentrație. Aceasta este ideea simplă a primei legi a lui Fick. Legea poate fi dată într-o ecuație matematică ca;

J = -D (dφ / dx)

J este fluxul de difuzie; dimensiunea sa este cantitatea de substanță pe unitate de suprafață pe unitate de timp; de aceea unitatea este mol m^-2 s^-1.

D este coeficientul de difuzie. Este, de asemenea, cunoscut sub numele de difuzivitate. Dimensiunea acestei componente este suprafața pe unitate de timp; de aceea unitatea este m²/ s.

Φ este concentrația. Este dată de unitatea mol / m³.

x este poziția unei substanțe dizolvate. Dimensiunea pentru această componentă este lungimea. Este dată de unitatea m.

Coeficient de difuzie este proporțională cu următorii factori.

• Squared Velocity a particulelor difuzate
• Temperatura
• Viscozitatea fluidului
• Dimensiunea particulelor

Legea a doua a lui Fick

Al doilea lege de difuzie al lui Fick este folosit pentru a prezice modul în care concentrația se schimbă odată cu difuzarea. Conform celei de-a doua legi a lui Fick, concentrația se modifică ca o funcție a timpului la schimbarea fluxului în funcție de poziție. Acesta este dat de o ecuație de diferențiere parțială, după cum urmează.

δφ / δt = D δ²φ / Ax²

φ este concentrația (o dimensiune care depinde de timp și locație (x)). 

t este timpul (dat de s)

D este coeficientul de difuzie.

X este poziția (dată de dimensiunile lungimii).

Ecuația de mai sus este dată pentru difuzarea într-o singură dimensiune. Pentru două sau mai multe dimensiuni, sunt date ecuații mai complexe.

Ce este Diffusionul Fickian

În gaze și lichide, difuzia nu creează un câmp de stres. Dar, în substanțele solide, este creat un stres deosebit datorită prezenței penetranților care se umflă. Acest stres poate provoca chiar și fisuri, care, cu alte cuvinte, sunt induse schimbări morfologice. Apoi, aceste câmpuri de umflare și stres pot afecta difuzia. Efectele umflăturilor și stresului pot fi:

• prin schimbări morfologice
• prin modificări de solubilitate
• prin schimbarea difuzivității (depinde de stres)
• prin dependența de stres a fluxului.

Un criteriu fundamental al difuziei Fickian este faptul că concentrația de suprafață atinge valoarea sa de echilibru imediat după o schimbare a condițiilor și rămâne constantă prin procesul de sorbție. De exemplu, într-un sistem cu matrice de rășină, segmentele lanțului polimer la suprafață trebuie să atingă saturația instantaneu.

Distribuția difuziunii rare este observată rar pentru transportul unui lichid printr-un polimer sticlos. Dacă absorbția de masă M poate fi inițial reprezentată prin,

M = ktⁿ

t este timpul și k și n sunt constante pentru difuzia ficțională, n = ½.

Ce este Difuzia Non Fickiană?

Difuzia non-ficțională este difuzia care are loc fără a se supune legilor difuziei lui Fick. În 1946, conceptul de difuzie non-Fickian a fost adus în discuție în timpul discuțiilor purtate cu privire la umflarea și micșorarea societății Faraday. Acest concept afirmă că, în unele sisteme polimerice, limitele ascuțite care se mișcă liniar cu timpul există între regiunile umflate și cele ne-umflate. După aproximativ 20 de ani, Alfrey a numit acest lucru drept "difuzarea cazului II", care este acum recunoscută ca o difuzie de tip non-Fickian. Există patru tipuri de difuzie non-Fickiană, după cum se arată mai jos.

1. Distribuția clasică
2. Difuzarea sigmoidală
3. Distribuția cazului II
4. Două etape de difuzie

 Dacă absorbția de masă M poate fi inițial reprezentată prin,

M = ktⁿ

t este timpul, iar k si n sunt constante, atunci urmatoarele pot fi prezise.

• Valoarea n pentru difuzia sigmoidală (anomală) poate fi dată de: ½ < n < 1.
• Valoarea n pentru difuzia cazului II este de 1.

Figura 1: Difuzia moleculară

Caracteristici ale difuziei non-fizice

• O graniță ascuțită care separă regiunea foarte umflată de o regiune uscată, sticlosă
• Fața ascuțită se mișcă în polimer cu o viteză constantă, determinând creșterea cantității de lichid absorbită să crească liniar cu timpul
• Un mic precursor Fickian există în regiunea uscată în fața frontului
• Există un timp inițial de inducție, în timpul căruia limita ascuțită este stabilită în apropierea suprafeței filmului.

Diferența dintre difuzia ficșiană și non-ficțională

Definiție

Difuzia ficțională: Distribuția difuziunii este o formă de difuzie care respectă legile ficționale.

Non Fickian Diffusion: Difuzarea non-ficțională este orice formă de difuzie care nu respectă legile ficționale.

Valoarea n în ecuația de absorbție de masă

Difuzia ficțională: Pentru difuzia Fickian, n = ½ în ecuația pentru absorbția de masă.

Non Fickian Diffusion: Valoarea n pentru difuzia sigmoidală (anomală) poate fi dată de: ½ < n < 1 and for case II diffusion value of n is 1.

Prezența limitelor

Difuzia ficțională: Nu pot fi observate limite în difuzia ficțională.

Non Fickian Diffusion: O margine ascuțită care separă regiunea foarte umflată de o regiune uscată, sticloasă, poate fi observată în difuziunea non-ficțională.

Mișcarea frontului ascuțit

Difuzia ficțională: Un front ascuțit este absent în difuzia ficțională.

Non Fickian Diffusion: Fața ascuțită din difuzia non-Fickiană se mișcă în polimer cu o viteză constantă, determinând creșterea cantității de lichid absorbită să crească liniar cu timpul

Concluzie

Difuzia ficțională și non-ficțională sunt două forme de difuzie. Distribuția difuză poate fi explicată folosind legea lui Fick, dar nu difuzia non-Fickiană. Principala diferență dintre difuzia Fickian și Non Fickian este că difuzia Fickian se supune legilor Fickian, în timp ce difuziunea non-Fickiană nu se supune legilor Fickian.

Referinţă:

1. "Difuzia viscoelastică (non-ficțională)". Jurnalul Canadian al Ingineriei Chimice, voi. 83, decembrie 2005, pp. 913-915., Disponibil aici.
2. "Ciclopedia multifizică" COMSOL, disponibil aici.
3. "Legile difuzării lui Fick". Wikipedia, Fundația Wikimedia, 22 ianuarie 2018, disponibil aici.

Datorită fotografiei:

1. "DiffusionMicroMacro" De Sbyrnes321 - Activitate proprie (Domeniul Public) prin Wikimedia Commons