第11讲扩散定律
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简述扩散第一定律和扩散第二定律的物理本质扩散第一定律和扩散第二定律是描述物质扩散过程中的两个重要定律。
它们分别揭示了扩散现象背后的物理本质,为我们理解和研究扩散过程提供了重要的理论基础。
首先,我们来简述扩散第一定律的物理本质。
扩散第一定律也称为菲克定律,它描述了物质扩散的速率与浓度梯度之间的关系。
具体来说,扩散第一定律可以表达为:单位时间内通过单位横截面积的物质流量等于物质扩散的速率乘以扩散截面的面积。
这个定律的物理本质是指扩散过程是由高浓度向低浓度的物质传递过程,物质扩散的速率取决于浓度梯度的大小。
当浓度梯度较大时,物质扩散的速率也会相应增加;反之,浓度梯度较小时,物质扩散的速率则较低。
因此,扩散第一定律揭示了物质扩散的基本规律,为我们理解扩散现象提供了重要的指导。
接下来,我们来谈谈扩散第二定律的物理本质。
扩散第二定律描述了扩散过程中物质浓度分布随时间的演化规律。
具体来说,扩散第二定律可以表达为:物质浓度的时间导数等于扩散系数乘以二阶空间导数。
这个定律的物理本质是指扩散过程是一种由于浓度不均匀而导致的自发的物质传递过程。
扩散第二定律揭示了扩散过程的物质平衡状态是由扩散和浓度梯度的相互作用决定的。
在扩散过程中,物质会从高浓度区域向低浓度区域扩散,直到达到平衡状态。
扩散第二定律的物理本质为我们理解扩散过程的动力学过程提供了重要的依据。
总的来说,扩散第一定律和扩散第二定律的物理本质分别揭示了物质扩散的速率与浓度梯度的关系,以及物质浓度分布随时间的演化规律。
这两个定律为我们理解和研究扩散过程提供了基本的理论框架,对于很多领域的科学研究和工程应用都具有重要的指导意义。
通过深入理解扩散第一定律和扩散第二定律的物理本质,我们能够更好地把握扩散现象的规律,为相关领域的进一步发展和应用提供有力的支持。
请叙述扩散定律包含的主要内容
扩散定律是描述物质在非均质介质中传递的数学模型,其主要内容包括:
1. 扩散流动的基本规律:物质从高浓度区域向低浓度区域自发移动的现象,称为物质的扩散流动。
扩散定律规定了扩散流动的速率与浓度梯度成正比,与扩散介质的性质有关。
2. 扩散系数:扩散系数是衡量扩散流动速率的物理量,它取决于扩散介质的性质和温度等因素。
扩散系数越大,扩散速度越快。
3. 扩散的深度与时间关系:扩散定律还可以描述物质扩散的深度与时间之间的关系。
当物质在扩散介质中扩散到一定深度时,扩散速度会逐渐减缓,直至达到平衡。
扩散定律在许多领域都有应用,如化学工业、环境科学、生命科学等。
理解和应用扩散定律对于控制和预测物质在介质中的行为具有重要意义。
九年级物理扩散知识点物理扩散是指物质自高浓度区域向低浓度区域的自发性传递过程。
在九年级物理学中,学生需要学习掌握物理扩散的基本原理和相关概念。
本文将为您详细介绍九年级物理扩散的知识点。
一、扩散的概念和特点扩散是指物质由高浓度区域向低浓度区域传播,使物质的浓度趋于均匀分布的过程。
它具有以下特点:1. 自发性:扩散过程是自发进行的,不需要外力干预。
2. 分子运动:扩散是由物质分子之间的碰撞引起的,分子具有热运动。
3. 高浓度向低浓度:扩散的方向是由高浓度区域向低浓度区域传播。
二、离子扩散离子是带电的原子或分子,离子扩散是指离子在溶液或气体中,由浓度较高的地方向浓度较低的地方传播的过程。
离子扩散受到扩散速率的影响,主要受以下几个因素的影响:1. 浓度差异:浓度差异越大,扩散速率越快。
2. 温度:温度升高,分子热运动加剧,扩散速率加快。
3. 分子大小:较小的离子扩散速率较快。
三、气体扩散气体扩散是指气体分子从高浓度区域向低浓度区域自发传播的过程。
它表现出一系列的规律:1. Graham定律:在相同的温度下,气体扩散的速率与其分子质量成反比。
2. 扩散速率与浓度成正比:浓度越高,扩散速率越快。
3. 温度与扩散速率正相关:温度升高,气体分子热运动增强,扩散速率加快。
四、液体中的扩散液体中的扩散与气体扩散不同,液体分子之间具有较强的相互作用力,扩散速率较慢。
液体扩散主要有以下形式:1. 二进和跃迁:溶质通过吸附剂催化剂上的表面通过氧化还原等反应实现扩散过程。
2. 渗透:液体溶质通过多孔质媒介中的孔隙传播和扩散。
五、扩散的应用扩散在生活和工业中有着广泛的应用,例如:1. 饮食烹饪中的调味品扩散:烹饪中的调味品通过扩散使食物更加美味。
2. 植物养分吸收:植物通过根部的扩散作用吸收土壤中的养分。
3. 工业领域的化学反应:许多工业化学反应中的扩散是反应进行的重要因素。
六、总结物理扩散是物质自发传播的过程,具有自发性、分子运动性和高浓度向低浓度等特点。
fick扩散定律公式Fick扩散定律是描述物质在浓度梯度下扩散的定律。
它是化学和物理学领域中非常重要的一条定律,广泛应用于研究物质的传输过程和扩散现象。
该定律的公式为:J = -D * (∂C/∂x)其中,J表示扩散通量,D表示扩散系数,C表示浓度,x表示空间坐标。
扩散是物质在浓度梯度作用下从高浓度区域向低浓度区域传输的过程。
根据Fick扩散定律,扩散通量与浓度梯度成正比,与扩散系数成反比。
这意味着,在相同浓度梯度下,扩散通量越大,物质的扩散速率越快;而在相同扩散系数下,浓度梯度越大,扩散通量也越大。
Fick扩散定律的应用非常广泛。
在生物学中,我们可以利用Fick 扩散定律来研究细胞膜的透过性和物质的跨膜运输。
例如,通过测量溶质在细胞膜两侧的浓度变化,可以计算出扩散系数,从而了解物质在细胞膜中的传输速率。
在化学工程中,Fick扩散定律也被广泛应用于研究不同物质在多孔介质中的传质过程。
通过控制扩散系数和浓度梯度,可以实现物质在多孔介质中的选择性传输,从而实现分离和纯化的目的。
例如,通过控制气体在吸附剂中的扩散速率,可以实现气体的分离和纯化。
Fick扩散定律还在环境科学和材料科学等领域有重要应用。
在环境科学中,我们可以利用Fick扩散定律来研究地下水中有害物质的扩散和迁移,从而评估地下水污染的风险。
在材料科学中,Fick扩散定律可以用于研究材料中杂质的扩散行为,从而改善材料的性能和稳定性。
总结起来,Fick扩散定律是描述物质在浓度梯度下扩散的重要定律。
它的应用范围广泛,可以帮助我们研究和理解物质的传输过程和扩散现象。
通过掌握和应用Fick扩散定律,我们可以更好地设计和优化化学反应、生物过程、环境工程和材料科学等领域中的相关过程,从而推动科学技术的发展和进步。
第十一讲扩散定律
1.扩散第一定律
考点再现:08、09年出现了证明扩散第一定律的题目,而10年出现了用误差函数解决扩散第二定律的问题,所以按照往年的经验,扩散第一定律和扩散第二定律必考其一,所以这部分比较重要,分值会在8至10分,题型还是简答。
考试要求:理解,记忆,并且要求会推导出扩散第一定律。
知识点
在气体或者液体中,物质的传输方式为(扩散)和(对流)。
★★★★
在固体中,物质的传输方式为(扩散)。
★★
菲克第一定律,条件——稳态扩散,即材料内部各处的浓度不随时间而变(dc/dt=0)★★★★★
单位时间内通过垂直于扩散方向单位截面的物质流量(称为扩散通量J)与该出的浓度梯度成正比。
J为扩散通量;D为扩散系数;dc/dx为浓度梯度。
由扩散第一定律可以得到一下几点结论:★★★
(1)只要有浓度梯度,就会有扩散。
(2)扩散通量的大小与浓度梯度成正比
(3)扩散方向与浓度梯度正方向相反,即扩散的宏观流动总是从溶质浓度高的向浓度低的方向进行。
2.扩散第二定律
考点再现:10年已经出现了扩散第二定律的内容,相对来说11年考的可能性就要小一些,但是不能完全忽视,毕竟08,09还都考了扩散第一定律了,考试方式很固定,即误差函数法解扩散第二定律。
考试要求会用误差函数法解题,会计算,知道每个字母所代表的意义,对于一些题目,能够从中抽象出问题。
知识点
扩散第二定律的表达★★★
条件,非稳态扩散,即材料内部溶质浓度随时间改变。
dc/dt≠0
因为这个公式相对比较复杂,所以对于这个公式的推导并不作为考试的要求,这一部分我们只需要把公式记住就可以了。
利用误差函数分布作为扩散第二定律的解★★★★★
现对书中的例题进行讲解
注:公式中,C0为初始浓度,C为某一点的浓度,Cs为表面浓度,x为浓度为C的那一点的深度,t为所需要的时间,将计算得到的结果查询误差函数表,就可以得到最后的结论。
同学们,以上就是第十一讲的主要内容,考点只有两个,即扩散第一定律的证明和用误差函数法解扩散第二定律,这两个考点都是非常重要的,每年二者必考其一,好了这一讲就到这里。
敬请关注天津大学材料学院金属专业研究生入学考试专业课金属材料科学基础第十二讲扩散机制以及影响扩散因素、扩散驱动力。