Дифузія в газах

Якщо в газі є неоднорідний розподіл концентрації молекул, то внаслідок теплового руху молекул відбувається перенос маси газу з вирівнюванням цієї неоднорідності. Це явище називають дифузією.

Експериментально встановлено, що у разі монотонної зміни концентрації молекул газу в якому-небудь напрямку (наприклад, у напрямку осі , рис. 7.2) дифузійний потік речовини тобто кількість речовини, що переноситься через одиничну площу за одиницю часу, виражається законом Фіка:

(7.5)

де – коефіцієнт дифузії, – градієнт концентрації уздовж осі . Знак " – " вказує на те, що потік речовини спрямований у бік зменшення градієнта концентрації.

Розглянемо процес дифузії з точки зору молекулярно-кінетичної теорії газів. Оскільки тепловий рух молекул газу відбувається у всіх напрямках, то число молекул , що проходять через площу зліва направо (рис.7.2), і число молекул , що проходять через ту саму площу справа наліво, будуть:

де та – концентрації молекул в точках з координатами та відповідно; – час подолання молекулою середньої довжини вільного пробігу . Сумарне число молекул, що проходять через площу в точці з координатою дорівнює:

(7.6)

У разі монотонної зміни концентрації молекул упродовж вибраного напряму :

(7.7)

Тоді шукане число і дифузійний потік речовини дорівнюють:

(7.8)

Співставляючи теоретичне рівняння (7.8) для дифузії з експериментальним (7.5), знаходимо коефіцієнт дифузії:

(7.9)

Оскільки довжина вільного пробігу обернено пропорційна тиску газу , то з підвищенням тиску газу коефіцієнт дифузії зменшується, а отже, і дифузійні процеси в газах сповільнюються.