Міністерствоосвіти і науки України
Реферат
по темі
В«Технологічнідослідження процесу масопереносу- д іффузіі В»
Зміст
1. Введення
2.Сущность поняття дифузія
3.Классификация методів експериментального дослідження
4. Феноменологічна теорія дифузії
5. Безградіентние методи
6. Безактіваціонная теорія
7. Термодинамічна сторона дифузії
8.Спісок ізпользуемой літератури
Введення
З процесом масопереносу - дифузією доводиться стикатисяпостійно в явній чи неявній формі у своєму повсякденному житті, практичноїдіяльності, наукових і технологічних дослідженнях. Дифузійні процеси -явища досить широко поширені. При аналізі масопереносу, слідпам'ятати, що він має чотири сторони, в сукупності своїй відображають сутьявища. Одночасно кожна із сторін цього В«чотирикутникаВ» має деякусамостійність і розвивається за певними напрямами незалежно відінших.
Перш за все, це зовнішнє, макроскопічне прояв процесудифузії. Зовнішнє, експериментально спостережуване прояв дифузійногопроцесу пов'язане зі зміною в одиниці простору кількості дифундуютьчастинок, тобто їх концентрації. Очевидно, що ця сторона явища пов'язана з експериментальнимидослідженнями, технологічним контролем процесу. Розроблені для цьогорізні методи спостереження дозволяють отримувати інформацію про кінетикуперерозподілу речовини або по вимірюванню потоку, що проникає крізьмембрану, або за кількістю днффузанта, поглиненого або виделівшегсся з зразка(Матеріалу), або по зміні концентрації в тій чи іншій точці дифузійноїзони або зразка, або, нарешті, по розподілу компонентів в дифузійнійзоні, тобто тієї області системи, в межах якої відбуваєтьсяперерозподіл дифузійних компонентів пари.
Також є і трохи інші явища дифузії, а саме само-і взаімодіффузіі.
Взаімодіффузія характеризує процес взаємообміну маси міжтілами, коли має місце неоднорідність у розподілі концентрації.Характерною особливістю взаімодіффузіі є спрямованість у переміщеннідифундують частинок в просторі, чого немає у випадку самодифузії. Тамрух носить хаотичний, броунівський характер.
Самодифузія відображає тепловий рух молекул або серед собіподібних, або в розчинах постійної концентрації. У цьому випадку молекуликожного з компонентів розчину рухаються зі своєю теплової швидкістю, а церух з кількісної точки зору характеризується парціальнимкоефіцієнтом самодифузії. Природно, що і методи дослідження цих типівдифузійних явищ різні.
Сутність поняття дифузія
Завизначенню: під дифузією слід розуміти мимовільний процесперерозподілу речовин у просторі, обумовлений тепловим рухомчастинок (атомів, молекул, сегментів, макромолекул).
Варто згадати,що в центрі уваги переважної кількості робіт, пов'язаних з вивченням дифузії,завжди знаходиться характеристична величина процесу - коефіцієнт дифузії.У всіх кількісних дослідженнях робиться спроба експериментальновизначити величину коефіцієнта дифузії і встановити його залежність відрізних параметрів. Вирішити цю задачу на підставі результатівекспериментального спостереження за зовнішнім проявом процесу і дозволяєфеноменологічна сторона В«чотирикутникаВ». В її основі лежать законидифузії, що зв'язують між собою в аналітичній формі щільність потокуречовини, що проходить в одиницю часу через одиницю перетину зразка, з перепадомконцентрації (градієнтом концентрації) і коефіцієнтом дифузії; швидкістьзміни концентрації в заданій точці дифузійної зони з градієнтомщільності потоку речовини.
Класифікація методів експериментального дослідження
Наведена класифікація методів експериментального дослідженняє найбільш загальною, оскільки базується на параметрах дифузійногопроцесу. Але в кожній групі матеріалів в залежності від їх фізико-хімічнихвластивостей ці методи мають, природно, різний фізичний і конструктивнеоформлення. Наприклад, для металів, скла, кераміки та мінералів традиційнимметодом отримання інформації про концентраційний профілі в дифузійній зоніє метод електронно-зондового рентгеноспектрального мікроаналізу впоєднанні з методикою поперечних зрізів. Той же метод використовується і прививченні систем полімер - полімер, але оскільки термічна та радіаційнастабільності полімерів невисокі, можливе використання лише мікроаналізаторівз енергетичної дисперсією. Для систем полімер - олігомер, полімер -розчинник і рідина - рідина цей метод взагалі непридатний, і ту жінформацію можна отримати, використовуючи методи оптичної інтерферометрії абоскануючої ІЧ-спектроскопії.
Ця експериментально-методична сторона явища нерозривнопов'язана з іншою стороною В«чотирикутникаВ», яку можна позначити якВ«Феноменологічна теорія дифузіїВ». Якщо при експериментальних вимірюванняхінструментом у руках дослідника - є найчастіше фізичні методи, тов феноменологічній теорії таким інструментом є апарат математичноїфізики. З його допомогою отримано аналітичні рівняння, що зв'язують змінутих чи інших зовнішніх параметрів, що реєструються в досвіді, з координатоюдифузії, часом, коефіцієнтом дифузії, розмірами зразка. Оскільки, якправило, невідомою величиною в цих рівняннях є коефіцієнт дифузії,то обробка експериментальних даних з їх допомогою дозволяє отримуватикількісну інформацію про його величиною, встановлювати відповідність прийнятоїматематичної моделі реальному процесу.
Ці сторони так тісно пов'язані між собою, що естествен питання, вчому ж виявляється їх самостійність і незалежність. Експериментальнийаспект пов'язаний з розробкою, вибором і вдосконаленням методів вимірювання,дозволяють фіксувати цікавить параметр процесу з великою точністю,володіють високою селективністю і дозволом. Недостатня точністьвимірювання в даний час є перешкодою, наприклад, при вивченні дифузіїв багатокомпонентних системах, коли експериментатору бажано отримуватиінформацію про парціальних потоках кожного з компонентів системи, а також прививченні дифузії через межу розділу двох контактуючих середовищ, колинайбільший інтерес представляє інформація про розподіл концентрації подифузійної зоні вже на початкових етапах освіти адгезійного з'єднання.
Самостійність феноменологічної боку В«чотирикутникаВ»інша. Вона пов'язана головним чином з вирішенням математичних проблем,виникають як при вирішенні тієї чи іншої системи диференціальних рівнянь,відображають велике різноманіття реальних завдань, так і при статистичнійобробці результатів вимірювань. Зі сказаного ясно, що ця сторонаВ«ЧотирикутникаВ» має самий загальний характер і з рівним успіхом може бутивикористана для будь-яких систем. Специфіка кожної системи полягає вабсолютною величиною коефіцієнта дифузії, в характері його зміни зтемпературою, тиском, концентраціей.Тесная взаємозв'язок цих двох сторінпроявляється і в можливості апріорного розрахунку математичних моделей реальнихтехнологічних процесів, оскільки для цього необхідно створити систему аналітичнихрівнянь і вибрати значення коефіцієнта дифузії.
Феноменологічна теорія дифузії
Необхідно відзначити, що використовувані в дослідах методологічніпідходи та аналітичні рівняння для їх опису у багатьох випадках повністювідображають реальні технологічні процеси. Розглянемо кілька найбільштипових завдань і покажемо, як вони можуть бути реалізовані при вирішенні проблеммедицини, захисту навколишнього середовища, корозії металів. Мені здається, що дужепоказова в цьому випадку невирішена задача, пов'язана з визначеннямкомфортних умов для людини в системі: середа - одяг (взуття) - людина. Зточки зору дифузійних процесів ми можемо абстрагуватися від людини якіндивідуума, а розглядати його як деякий В«джерелоВ» парів водиперіодичної дії, робота якого іноді супроводжується спалахами,пов'язаними з емоційним станом. У цьому випадку роль одягу (а це...
