معامل الانتشار واللزوجة: العلاقة والتأثيرات


يشير معامل الانتشار ببساطة إلى المعدل أو السرعة التي تنتشر بها مادة ما إلى الأخرى ، واللزوجة هي مقاومة أي تدفق. سنناقش هنا العلاقة بين معامل الانتشار واللزوجة.

الشرط الأولي لفهم هذه المقالة هو معرفة كل من المصطلحين معامل الانتشار واللزوجة. بعد ذلك يمكننا تصور العلاقة بينهم بشكل صحيح وكذلك التأثيرات على بعضهم البعض.

ما هو معامل الانتشار؟

بما في ذلك قانون Fick الأول والثاني ، يعد معامل الانتشار معلمة مهمة في الكثير من المعادلات في الفيزياء والكيمياء.

معامل الإنتشار يصور حركة الانتشار ، فكلما زاد معامل الانتشار أو الانتشار لمادة ما مقارنة بالآخر في زوج من الأنواع ، زادت سرعة اختلاطهما ببعضهما البعض.

معامل الانتشار هو المعلمة التي تقيس مدى سرعة انتشار مادة إلى الأخرى. وحدة SI للانتشار م2/ S.

يمكننا الحصول على التعبير الرياضي لمعامل الانتشار من قوانين فيك.

من قانون فيك الأول، نحن نعلم أن الجزيئات تنتقل من منطقة ذات تركيز أعلى إلى تركيز أقل مما يعني أنها ترتبط مباشرة بالتدفق المنتشر بتدرج التركيز.

حيث J: تدفق الانتشار

            D: الانتشار

             س: الموقف

من قانون فيك الثاني، من الممكن حساب تغير تركيز السائل فيما يتعلق بالفترة الزمنية.

حيث د: الانتشار

                ر: الوقت

                س: الموقف

ما هي اللزوجة؟

 اللزوجة هي قوة مقاومة يختبرها الجسيم ضد حركته.

تحدث اللزوجة أثناء الحركة النسبية بين طبقتين من السائل. إنها مقاومة الاحتكاك عندما تنزلق طبقات من السوائل فوق بعضها أثناء حركتها.

انتشار سائلين بلزوجة مختلفة ؛ حقوق الصورة: ويكيبيديا

عند استخدام سائل ما كمواد تشحيم وفي وقت النقل عبر خطوط الأنابيب ، تلعب اللزوجة دورًا رئيسيًا في تحديد القوى التي يمكن التغلب عليها. في عمليات معينة مثل طلاء السطح والرش والصب بالحقن وما إلى ذلك تتحكم اللزوجة في تدفق السائل.

كيف تؤثر اللزوجة على الانتشار؟

اللزوجة هي معلمة تحدد معدل الانتشار.

الانتشار هو انتشار الجزيئات أو الذرات من منطقة تركيز أعلى إلى منخفضة ، وتصور اللزوجة الاحتكاك بين الجزيئات للسائل الذي يقيد حركته. نظرًا لأن الانتشار ليس سوى حركة الجزيئات واللزوجة هي قيد على الحركة ، لذلك تؤثر اللزوجة بشكل مباشر على الانتشار.

انتشار الحبر في الماء: حقوق الصورة:فليكر

معامل الانتشار واللزوجة
كوب من الشاي مع سكب العسل. حقوق الصورة: أونسبالش

في حالة وجود سائل (قد يكون سائلًا أو غازًا) ذو لزوجة عالية ، يكون الاحتكاك بين الجزيئات أو الاصطدام بين الجزيئات مرتفعًا أيضًا مما يمنع الحركة الحرة للجسيمات مما يؤدي إلى انخفاض معدل الانتشار.

من ناحية أخرى ، إذا كان السائل أقل لزوجة ، فإن الفراغ بين الجزيئات بين الجزيئات يكون أكثر ويمكن أن تتحرك أو تنتشر بسهولة أكبر ، فإن معدل الانتشار يرتفع تلقائيًا.

علاقة اللزوجة معامل الانتشار

يتأثر معامل الانتشار أو الانتشار (D) بعوامل مختلفة ، من بينها اللزوجة.

يحدث الانتشار بسبب الحركة العشوائية للجسيمات داخل النظام ، ويشير معامل الانتشار إلى مدى سرعة تحرك هذه الجزيئات للوصول إلى حالة التوازن. تنتج اللزوجة عن تفاعل جزيئات المائع في شكل قوة احتكاك داخلية تعمل على إبطاء الحركة النسبية الكلية للجسيمات.

اللزوجة والانتشار الذري هي الخصائص المتداخلة التي تحكم ديناميكيات الموائع. تستخدم علاقة أينشتاين بشكل عام احسب معاملات الانتشار ذرات أو جزيئات سائل من اللزوجة والعكس صحيح.

أين ، كB = 1.38 × 10-23J / K هو ثابت بولتزمان

             D هو معامل الانتشار.

             r_ {H} هو نصف قطرها الهيدروديناميكي.

هو مذيب اللزوجة.

             t هي درجة الحرارة المطلقة.

من 1)،

معامل انتشار البوليمر واللزوجة

تعتبر عملية الانتشار في البوليمر أمرًا بالغ الأهمية ويجب أن يكون معدل الانتشار بين المادة الصلبة والسائلة.

السوائل غير النيوتونية لها لزوجة عالية من السوائل العادية ، وبالتالي تمتلك معامل انتشار منخفض.

من المهم دراسة هجرة الجزيئات الصغيرة في المواد البوليمارية كما هو الحال في تجفيف العبوات البوليمارية ، وإيصال الأدوية الخاضعة للرقابة ، وتشكيل الأغشية وفصل الغشاء.

لأنه سيساعد في تقدير معامل الإنتشار عند تركيز ودرجة حرارة محددين يجب قياسهما بشكل تجريبي على أساس كل حالة على حدة.

معامل الانتشار والتركيز

يحدث انتشار المادة بشكل أساسي بسبب اختلافات التركيز في الخليط أو المذيب.

ينتج عن التدرج اللوني للتركيز الأكثر حدة انتشارًا أسرع في المحلول. تتحرك الجزيئات من منطقة التركيز الأعلى بشكل أسرع نحو منطقة التركيز المنخفض لتحقيق حالة التوازن.

نظرًا لتوزيع المواد المذابة بالتساوي في جميع أنحاء المحلول (الوصول إلى حالة توازن) ، فإن معدل الانتشار يتباطأ أيضًا.

تركيز المحلول هو مقدار مذاب واحد موجود في كمية معينة من المذيب. على سبيل المثال في خليط من السكر والماء ، كمية السكر هي تركيزه. يلعب التركيز دورًا مهمًا في تحديد العديد من خصائص الحل.

يرتبط معامل الانتشار بالحركة العشوائية للمذاب والتي تحكمها بشكل أساسي الاختلاف في التركيز في جميع أنحاء المحلول.

لذلك يمكننا القول أن معامل الانتشار (D) يتناسب طرديًا مع تدرج التركيز.

معامل الانتشار وعلاقة التركيز

ثابت الانتشار أو الانتشار (D) هو ثابت التناسب الموجود في قانون Fick والذي يعطي علاقة مباشرة بين معامل الانتشار والتركيز.

وفقًا لقانون Fick الأول للانتشار ، يتناسب التدفق المولي الناتج عن الانتشار مع تدرج التركيز حيث يشير التدفق المولي إلى كمية تدفق المادة عبر منطقة الوحدة خلال فترة زمنية للوحدة وتدرج التركيز هو التغيير في قيمة الكمية .

من قانون فيك الأول نحصل على المعادلة التالية:

حيث J: تدفق الانتشار

            D: الانتشار

             س: الموقف

لماذا تنتشر التركيزات العالية بشكل أسرع؟

تدرج التركيز هو المعلمة الرئيسية لآلية الانتشار.

تتأثر حركة الجسيمات داخل المحلول بعدد الجزيئات في كمية معينة من المذيب أو تركيزه في تلك المنطقة. تميل الجسيمات دائمًا إلى الانتقال من منطقة التركيز الأعلى إلى منطقة التركيز الأقل حتى تنتشر بالتساوي في المحلول.

لا يلزم إدخال طاقة لهذا الغرض ، يتصرف تدرج التركيز نفسه مثل الطاقة الكامنة المخزنة التي تعزز حركة الجسيمات.

تعريف؛ حقوق الصورة: ويكيبيديا

كيف يؤثر الحجم على معامل الانتشار؟

الحجم الجزيئي للمادة المنتشرة هو أحد العوامل التي تؤثر على معامل الانتشار.

في المحلول تكون الجسيمات الأخف وزنًا أسرع من الجزيئات الأثقل. لذلك من غير المعقول أنه في محلول يتكون من جزيئات ذات أحجام مختلفة تتحرك بسرعة مختلفة. يتحرك الجسيم الأخف بشكل أسرع ويصل إلى حالة التوازن خلال فترة زمنية أقصر.

معامل الانتشار يصور معدل الانتشار أو الوقت الذي تستغرقه الجزيئات داخل النظام للتوزيع بالتساوي. إذا أخذنا في الاعتبار حلين Xو Y والحل X يحتوي على جزيئات أصغر مقارنة بالمحلول Y ثم الحل X سيصل إلى حالة التوازن خلال فترة زمنية أقصر من الحل Y .  

لمعرفة المزيد عن معامل الانتشار (اضغط هنا)

سانجيتا داس

أنا سانجيتا داس. لقد أكملت درجة الماجستير في الهندسة الميكانيكية مع التخصص في محرك IC والسيارات. لدي حوالي عشر سنوات من الخبرة في الصناعة والأوساط الأكاديمية. يشمل مجال اهتمامي محركات IC والديناميكا الهوائية وميكانيكا السوائل. يمكنك التواصل معي على https://www.linkedin.com/in/sangeeta-das-57233a203/

آخر المقالات