六扩散
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气味扩散原理气味扩散原理是研究气味分子在自然环境中传播和扩散规律的学科,它是解决环境污染问题和改善人类居住环境的重要基础。
本文将从气味分子的特性、气味传播的形式、气味扩散规律、影响气味扩散因素等方面介绍气味扩散原理。
一、气味分子的特性1、气味分子的大小:气味分子的大小不一,一般从0.3到150纳米不等,这与它的化学结构有关。
分子结构简单的气味分子大多较小,如乙醛、甲醛,而分子结构复杂的气味分子往往较大,如苯、酚等。
2、气味分子的极性:气味分子的极性与它的分子结构密切相关,不同的分子具有不同的极性,极性较强的分子较易在水等极性溶剂中溶解。
一般情况下,极性较强的气味分子扩散速度较慢。
3、气味分子的电荷:气味分子带有电荷,这也会影响它的扩散规律。
如果气味分子带有正电荷,则在阳极方向传输,负电荷则在阴极方向传输。
二、气味传播的形式气味在自然环境中的传播形式主要有两种:分子扩散和空气流动传输。
1、分子扩散气味分子在空气中的扩散是一种随机运动形式,它与气体分子的热运动有关,分子在气体中通过大量的碰撞扩散。
分子扩散的速度与气味分子的特性、温度、湿度、压力等因素有关。
2、空气流动传输空气的流动也是气味传播的一个重要因素,它主要由自然气流、废气排放和机械通风等方式产生。
气流会带着气味分子一同移动,加速气味的扩散。
空气流动传输的效果比分子扩散更快,但是同时也造成了二次污染的情况。
三、气味扩散规律1、浓度源浓度源是气味来源地,以房屋为例,气味源是指有气味的房间。
浓度源不同,气味浓度分布规律也不同。
浓度源的大小和数量、气味浓度和类型等因素对气味扩散规律有较大的影响。
2、风向和风速气味在环境中的扩散受风向和风速的影响,风向和风速越大,气味的扩散越快。
3、湿度和温度湿度和温度也会影响气味分子的扩散,湿度和温度越高,气味扩散速度越快。
4、障碍物-延伸物在环境中,障碍物和延伸物会对气味扩散产生阻碍。
在室内有障碍物和延伸物以及室外的大树、小山等都会对气味的扩散产生影响。
气体的扩散与扩散系数气体扩散是指气体在自然界中由高浓度向低浓度逐渐向外扩散的过程。
扩散现象在自然界中广泛存在,它在我们的日常生活中起着重要的作用。
气体扩散的速率与扩散系数有着密切的关系。
本文将探讨气体扩散的原理以及如何计算扩散系数。
一、气体扩散原理气体扩散是由于气体分子热运动引起的。
气体分子之间存在着无规则的热运动,而热运动会使分子自发地向低浓度区域移动,以使系统达到热平衡。
这种无规则的运动导致了气体分子在垂直于浓度梯度方向上的自由扩散。
二、气体扩散速率的影响因素气体扩散速率与以下几个因素密切相关:1. 浓度差:浓度差是决定扩散速率的重要因素之一。
浓度差越大,扩散速率越快。
2. 温度:温度的提高使气体分子的平均动能增加,从而增加了气体分子的扩散速率。
3. 分子量:分子量较小的气体分子,其平均速度较大,扩散速率也较快。
4. 分子间相互作用力:分子间的相互作用力会影响气体的扩散速率。
相互作用力越大,扩散速率越慢。
三、扩散系数的定义与计算扩散系数是描述气体扩散速率的物理量,定义为单位时间内通过单位面积的气体量。
扩散系数可以用下面的公式来计算:D = (1/3)*√(2*π*R*T/M)其中,D表示扩散系数,R表示气体常数,T表示绝对温度,M表示气体分子的摩尔质量。
四、扩散系数的应用扩散系数在实际应用中有着广泛的应用。
例如在工业上,我们可以利用气体扩散原理来分离和提取所需的气体成分。
此外,在环境科学领域,扩散系数可以用来预测大气中的污染物传播情况。
五、气体扩散中的重要现象——菲克定律在气体扩散的研究中,菲克定律是一个非常重要的定律。
它描述了气体在扩散过程中的浓度变化与时间和距离的关系。
根据菲克定律,气体扩散的速率正比于浓度梯度的负值。
公式可以表示为:J = -D * (∂C/∂x)其中,J为单位面积的气体流量(即单位时间内通过单位面积的气体量),D为扩散系数,C为气体浓度,x为扩散距离。
六、气体扩散实验为了验证气体扩散现象,可以进行一系列实验。
物质转移原理的名词解释一、引言物质转移原理是研究物质从一个地方移动到另一个地方的过程和机制的科学领域。
在日常生活中,我们常常可以观察到物质的转移现象,比如水从高处流向低处、气味弥散到整个房间等。
本文将解释物质转移原理的相关术语和概念,帮助读者更好地理解这一领域。
二、扩散扩散是指物质在不利于其传播的条件下,在空间中自发地向周围的区域传播的过程。
扩散过程中,物质从浓度较高的位置向浓度较低的位置移动,以达到浓度均匀的状态。
这是因为分子之间存在热运动,经过碰撞后会引起物质的交换。
扩散广泛应用于化学、生物学、环境科学等领域,在药物输送、空气污染控制等方面有重要作用。
三、对流对流是指物质在流体内通过传热或传质的方式实现的转移过程。
在对流中,物质通过流体的运动实现从一个地方到另一个地方的转移。
对流分为自然对流和强迫对流两种形式。
自然对流是指由于温度差异引起的密度差异而产生的流动。
强迫对流则是通过外部力来驱动流体的运动,例如风、水泵等。
对流现象普遍存在于大气层、海洋、岩浆运动等自然环境中,并在工程领域中具有重要应用,如空调、水循环系统等。
四、渗透渗透是指溶剂分子通过半透膜或多孔介质从浓度较高的溶液中向浓度较低的溶液中传输的过程。
这种传输通常是由于溶液的浓度差异引起的,溶剂分子通过半透膜或孔隙中的间隙传递,直到两侧溶液浓度均衡。
渗透是生物体内水分平衡调节的重要方式,在海水淡化、土壤水分调控等方面具有广泛的应用。
五、迁移迁移是指物质在介质中通过不同方式传输的过程。
物质迁移可以通过扩散、对流和渗透等多种方式进行。
在环境科学中,物质的迁移现象被广泛研究,包括污染物的扩散、化学元素的迁移等。
迁移的研究对环境保护和资源管理至关重要。
六、传导传导是指物质通过固体、液体或气体中的分子热运动引起的热量传输过程。
传导过程中,分子之间的热振动从高温区向低温区传播,以达到温度均衡状态。
传导广泛应用于热传导材料、导热器件等方面。
此外,传导还有质量传导、电导等领域的应用。
九年级上册物理扩散知识点物理扩散是指物质由高浓度区域向低浓度区域传播的过程。
在九年级上册的物理课程中,学生将学习有关物质扩散的基本原理、计算方法和实际应用。
本文将详细介绍九年级上册物理课程中涉及的扩散知识点。
一、扩散的定义和原理扩散是物质在空间中的自发性传播过程,其速度与浓度差及温度有关。
物质在浓度较高的区域呈现向浓度较低的区域扩散的趋势,这种现象被称为浓度梯度。
二、浓度与扩散速率的计算方法浓度表示单位体积内所含物质的量,通常使用质量浓度和摩尔浓度进行计算。
物质的扩散速率可以通过浓度差、面积和扩散系数的乘积来计算。
三、布朗运动和扩散模型布朗运动是指微粒在流体中做无规则的运动,导致了颗粒物质的扩散。
布朗运动的扩散模型显示了扩散和活跃分子之间的关系,有助于理解扩散过程的本质。
四、物质的渗透性和扩散渗透是指物质通过半透膜从高浓度区域向低浓度区域扩散的过程。
渗透性与物质的分子大小、膜的孔径和浓度梯度有关,渗透压是评估渗透性的重要指标。
五、扩散的应用扩散在日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
例如,气味的传播、溶质在溶剂中的扩散、金属中杂质的扩散等。
此外,扩散也在工业生产中起到重要作用,如在化学反应中扩散能够增加反应的速度和效率。
六、离子在电解质溶液中的扩散离子在电解质溶液中的扩散是物理学和化学中的重要内容。
电解质溶液中的离子由于电场作用而产生迁移,导致了电解质溶液的电导现象。
七、气体的扩散气体扩散是指气体分子在容器中由高浓度区域向低浓度区域的传播。
根据气体分子的速度和相互作用,可以使用根据高斯分布函数计算气体扩散速率的方法。
八、浓度梯度和扩散速率之间的关系浓度梯度是扩散速率的重要因素之一。
浓度梯度越大,扩散速率越快。
同时,扩散速率还受温度和距离等因素的影响。
总结:九年级上册物理课程介绍了物质扩散的定义、原理和计算方法。
学生通过学习布朗运动和渗透性,可以更好地理解扩散的模型和应用。
离子在电解质溶液中的扩散以及气体的扩散也是课程的重点内容。
扩散实验报告一、实验目的本次扩散实验的主要目的是研究物质在不同介质中的扩散现象,观察扩散速率与多种因素的关系,从而深入理解扩散的本质和规律。
二、实验原理扩散是由于分子的无规则热运动而产生的物质迁移现象。
在扩散过程中,物质从浓度高的区域向浓度低的区域迁移,直至浓度达到均匀分布。
扩散速率受到多种因素的影响,如温度、浓度差、介质的性质等。
根据菲克定律,扩散通量与浓度梯度成正比。
三、实验材料与设备1、实验材料不同浓度的氯化钠溶液蒸馏水有色染料(如高锰酸钾溶液)2、实验设备透明玻璃容器(如量筒、烧杯)玻璃棒秒表电子天平四、实验步骤1、准备实验装置清洗并干燥实验所用的玻璃容器,确保其干净无杂质。
2、配置溶液分别配置一定浓度梯度的氯化钠溶液,如 10%、20%、30%等。
准备适量的蒸馏水作为对比。
3、进行扩散实验将不同浓度的氯化钠溶液分别缓慢倒入量筒中,注意避免产生气泡。
然后在量筒上部小心倒入等量的蒸馏水,形成明显的界面。
同时开始计时,观察并记录界面随时间的变化情况。
4、重复实验为了减少实验误差,每个浓度的实验重复进行多次。
5、染料扩散实验在烧杯中加入一定量的蒸馏水,滴入几滴有色染料(如高锰酸钾溶液)。
观察染料在水中的扩散过程,记录颜色均匀分布所需的时间。
五、实验数据记录与分析1、氯化钠溶液扩散实验数据记录不同浓度的氯化钠溶液与蒸馏水界面下降的距离随时间的变化。
例如,对于 10%的氯化钠溶液,在 5 分钟时界面下降了 2 厘米,10 分钟时下降了 4 厘米等。
2、染料扩散实验数据记录染料在水中颜色均匀分布所需的时间,如 15 分钟。
3、数据分析以时间为横坐标,界面下降距离或颜色均匀分布的程度为纵坐标,绘制曲线。
通过分析曲线的斜率,可以比较不同浓度溶液的扩散速率。
六、实验结果1、随着氯化钠溶液浓度的增加,扩散速率加快。
浓度越高,相同时间内界面下降的距离越大。
2、温度对扩散速率也有显著影响。
在较高温度下,扩散进行得更快。
化学扩散的名词解释化学扩散是指物质或粒子在空间中自发地分布和传播的过程。
它是一种无序的运动,通常由于浓度差异或梯度引起。
化学扩散广泛应用于地球科学、物理、生物学和工程领域,对于我们理解自然界和技术应用有着重要的意义。
一、分子扩散分子扩散是化学扩散中最常见和重要的一种形式。
分子扩散发生在气体、液体和固体之间,其基本原理是分子间的无规运动和碰撞。
在气体中,分子扩散确定了气体在容器中的分布。
在液体中,分子扩散决定了溶质在溶液中的扩散速率。
在固体中,分子扩散主要发生在晶格空隙或缺陷处,决定了材料中各种物质的传输性质。
二、质量传递质量传递是指物质在空间中由高浓度区域向低浓度区域传递的过程。
它是化学扩散的核心概念之一,主要涉及质量守恒和浓度梯度驱动。
质量传递可以在不同的介质之间发生,如气体、液体、固体之间的传递;同时,也可以发生在同一介质中的不同相之间,如气液、液液、固体液之间的传递。
三、扩散系数扩散系数是衡量物质在扩散过程中传递能力的物理量。
它描述了物质在单位时间和单位面积上通过扩散过程传递的物质量。
扩散系数与温度、压力、物质性质和介质特性等因素有关。
通过测量和研究扩散系数,可以深入理解扩散过程的动力学特性,并为环境保护、制药工业以及材料科学等领域的应用提供基础支持。
四、扩散速率扩散速率是指物质在扩散过程中通过单元面积的穿过能力,通常用质量或浓度的变化率表示。
扩散速率与扩散系数、浓度差、距离和时间等因素密切相关。
通过控制和调节这些因素,可以有效地控制和改善扩散过程,实现理想的分离、反应或传输效果。
五、扩散模型扩散模型是对扩散过程进行定量描述和预测的数学或物理模型。
扩散模型通常基于质量平衡方程和运动方程,采用偏微分方程来描述扩散过程中物质浓度的变化。
常见的扩散模型包括菲克定律、斯托克斯-爱因斯坦方程、狄利克莱问题等等。
通过建立和求解扩散模型,可以深入探究扩散过程中的动力学和热力学行为,为实际应用提供理论指导。
1 .解释并区分下列概念:
(1) 稳定扩散与不稳定扩散;
(2) 本征扩散与非本征扩散;
(3)自扩散与互扩散;
(4) 扩散系数与扩散通量。
2 .浓度差会引起扩散,扩散是否总是从高浓度处向低浓度处进行 ? 为什么 ?
3 .当锌向铜内扩散时,已知在x点处锌的含量为2.5×1017个锌原子/cm3, 300 ℃时每分钟
每mm2要扩散60个锌原子,求与x点相距2mm处锌原子的浓度。(已知锌在铜内的扩散体
系中D0=0.34×10-14m2/s ; Q=4.5kcal/mol )
4 .在钢棒的表面,每20个铁的晶胞中含有一个碳原子,在离表面1mm处每30个铁的晶
胞中含有一个碳原子,知铁为面心立方结构(a=0.365nm),1000 ℃时碳的扩散系数为3×10-1m
2
/s ,求每分钟内因扩散通过单位晶胞的碳原子数是多少 ?
5 .在恒定源条件下820 ℃时,刚经1小时的渗碳,可得到一定厚度的表面渗碳层,若在同
样条件下,要得到两倍厚度的渗碳层需要几个小时 ?
6 .在不稳定扩散条件下 800oC 时,在钢中渗碳 100 分钟可得到合适厚度的渗碳层,若
在 1000oC 时要得到同样厚度的渗碳层,需要多少时间(D0=2.4×10-12m2/sec ; D1000 ℃
=3×10-11m2/sec ) ?
7 .在制造硅半导体器体中,常使硼扩散到硅单晶中,若在 1600K 温度下,保持硼在硅单
晶表面的浓度恒定(恒定源半无限扩散),要求距表面10-3cm 深度处硼的浓度是表面浓度的
一半,问需要多长时间(已知D1600 ℃=8×10-12cm2/sec;当时,
)?
8 .Zn2+在 ZnS 中扩散时,563 ℃时的扩散系数为3×10-14cm2/sec;450 ℃时的扩散系数为
1.0×10-14cm2/sec ,求:
(1)扩散的活化能和D0;
(2) 750 ℃时的扩散系数。
9 .实验册的不同温度下碳在钛中的扩散系数分别为2×10-9cm2/s(736 ℃) 、
5×10-9cm2/s(782 ℃) 、1.3×10-8cm2/s(838 ℃)。
(a) 请判断该实验结果是否符合 ,
(b) 请计算扩散活化能(J/mol ℃),并求出在500 ℃时碳的扩散系数。
10 .在某种材料中,某种粒子的晶界扩散系数与体积扩散系数分别为
Dgb=2.00×10-10exp(-19100/T)和Dv=1.00×10-4exp(-38200/T) ,是求晶界扩散系数和体积扩散
系数分别在什么温度范围内占优势?
11 .假定碳在α-Fe(体心立方)和γ-Fe(面心立方)中的扩散系数分别为:
Dα=0.0079exp[-83600(J/mol/RT)cm2/sec ;Dγ=0.21exp[-141284(J/mol/RT)cm2/ssec
计算 800 ? C 时各自的扩散系数并解释其差别。
12 . MgO、Ca、PeO均具NaCl结构,在各晶体中它们的阳离子扩散活化能分别为:Na+ 在
NaCI中为41Kcal/mol 、 Mg2+ 在MgO中为83Kcal/mol、Ca2+在CaO中为77Kcal/mol、
Fe3+在FeO中为23Kcal/mol ,试解释这种差异的原因。
13 .试分析离子晶体中,阴离子扩散系数-般都小于阳离子扩散系数的原因?
14 .试从结构和能量的观点解释为什么 D表面>D晶面>D晶内
复 习 提 纲
(1)基本概念:扩散、扩散的本质、扩散的结果,扩散动力,正扩散和负扩散,自扩散和互
扩散极其特点,扩散通量,稳定扩散和非稳定扩散,无序扩散及特点。
(2)固体扩散的微观机构有哪几种,哪些是实际存在的,为什么?
• 菲克第一定律和菲克第二定律的一维表达式,各自的物理意义是什么,会运用菲克第一定
律和菲克第二定律解决实际问题。
(3)无序扩散系数 D=1/6×qd2中,d 和q的物理意义;通过分析影响q的因素以及以体心立
方晶体为例,得出无序扩散系数的数学表达式Dr=αa
0
2
Ndγ,由此得出空位扩散系数的表达
式 Dv=αa02γ0exp[(ΔS*+ΔSf)/R]exp[-(ΔH*+ ΔHf)/RT] ,再进一步得出空位扩散系数的
宏观表达式 D=D0exp(-Q/RT)。
(4)自扩散系数 D*=fDr 。
(5)间隙扩散系数的表达式。
(6)一个扩散系统中,扩散系数与温度的关系( D —— 1/T ),为什么?
(7)克肯达尔效应得含义及其应用意义。
(8)分析影响扩散系数的因素。
1、解:略。
2、解:扩散的基本推动力是化学位梯度,只不过在一般情况下以浓度梯度的方式表现出来;
扩散是从高化学位处流向低化学位处,最终系统各处的化学位相等。如果低浓度处化学势高,
则可进行负扩散,如玻璃的分相过程。
3、解:看成一维稳定扩散,根据菲克第一定律
扩散系数宏观表达式 D=D0exp(-Q/RT)
D0=0.34×10-14m2/s
Q=4.5kcal/mol=4.5×103×4.1868J/mol=1.85×104J/mol
R=8.314J/mol?K, T=300+273=573K
D=0.34×10-14exp(-3.88)=0.34×10-14×0.02=6.8×10-17m2/s
cx=2.5×1017/10-6=2.5×1023
c2=cx-2.94×1019=2.5×1023
4、解:
20个Fe的晶胞体积:20a3m3 , 30个Fe的晶胞体积:30a3m3
浓度差: J=1.02×1019个/S?m2
1个晶胞面积a2, n=Jx×60×a2=82个
5、解:根据恒定源扩散深度
∴要得到两倍厚度的渗碳层,需4h。
6、解:不稳定扩散中恒定源扩散问题
已知x不变,
∴D1t1=D2t2 已知D1,D2,t1,则可求t2=480s
7、解:不稳定扩散恒定源半无限扩散
已知x=10-3cm,D,求解t=1.25×105s=34.7h
8、解:(1) D=D0exp(-Q/RT)
T=563+273=836K时,D=3×10-14cm2/s
T=450+273=723K时,D=1.0×10-14cm2/s
代入上式可求 Q=48875J,D0=3.39×10-15cm2/s
(2)略。
9、略。
10、解:晶界扩散 Dgb=2.002×10-10exp(-19100/T)
体扩散 DV=1.00×10-4exp(-38200/T)
T增大,exp(-19100/T)减小,Dgb减小,DV减小;
T减小,exp(-19100/T)增大,Dgb增大,DV增大;
计算有 T=1455.6K Dgb= DV
T>1455.6K时,Dgb
11、解:T=800+273=1073K时
Dα=0.0079exp(-83600/RT)=6.77×10-7cm2/s
Dβ=0.21exp(-141284/RT)=2.1×10-8 cm2/s
Dα> Dβ
扩散介质结构对扩散有很大影响,结构疏松,扩散阻力小而扩散系数大,体心较面心疏松;
α-Fe 体心立方,β-Fe 面心立方。
12、略。
13 解:离子晶体一般为阴离子作密堆积,阳离子填充在四面体或八面体空隙中。所以阳离
子较易扩散。如果阴离子进行扩散,则要改变晶体堆积方式,阻力大。从而就会拆散离子晶
体的结构骨架。
14 解:固体表面质点在表面力作用下,导致表面质点的极化、变形、重排并引起原来的晶
格畸变,表面结构不同于内部,并使表面处于较高的能量状态。晶体的内部质点排列有周期
性,每个质点力场是对称的,质点在表面迁移所需活化能较晶体内部小,则相应的扩散系数
大。
同理,晶界上质点排列方式不同于内部,排列混乱,存在着空位、位错等缺陷,使之处于应
力畸变状态,具有较高能量,质点在晶界迁移所需的活化能较晶内小,扩散系数大。
但晶界上质点与晶体内部相比,由于晶界上质点受两个晶粒作用达到平衡态,处于某种过渡
的排列方式,其能量较晶体表面质点低,质点迁移阻力较大因而D晶界