• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Dyfuzja Knudsena

    Przeczytaj także...
    Prawo Hagena-Poiseuille’a – prawo fizyczne opisujące zależność między strumieniem objętości cieczy a jej lepkością (która wynika z tarcia wewnętrznego), gradientem ciśnień (który jest bodźcem termodynamicznym powodującym przepływ płynu), a także wielkościami opisującymi wielkość naczynia (długość, promień przekroju poprzecznego).Gaz – stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń. Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie gazowej mają pełną swobodę ruchu. Wszystkie one cały czas przemieszczają się w przestrzeni zajmowanej przez gaz i nigdy nie zatrzymują się w jednym miejscu. Między cząsteczkami nie występują żadne oddziaływania dalekozasięgowe, a jeśli, to bardzo słabe. Jedyny sposób, w jaki cząsteczki na siebie oddziałują, to zderzenia. Oprócz tego, jeśli gaz jest zamknięty w naczyniu, to jego cząsteczki stale zderzają się ze ściankami tego naczynia, wywierając na nie określone i stałe ciśnienie.
    Czas – skalarna (w klasycznym ujęciu) wielkość fizyczna określająca kolejność zdarzeń oraz odstępy między zdarzeniami zachodzącymi w tym samym miejscu. Pojęcie to było również przedmiotem rozważań filozoficznych.

    Dyfuzja Knudsena – forma dyfuzyjnego transportu gazu zachodząca w tak małych naczyniach lub w warunkach tak niskiego ciśnienia, że średnia droga swobodna dyfundujących cząstek ograniczona jest poprzez zderzenia ze ściankami naczynia, a nie przez zderzenia z innymi cząstkami. Jednym z głównych obszarów występowania dyfuzji Knudsena jest transport w substancjach mikroporowatych.

    Przepuszczalność (ang. permeability) w hydrodynamice – zdolność ciała stałego do przeciekania przez niego płynów (cieczy i gazów).Dynamika płynów – dział mechaniki płynów zajmujący się ruchem płynu (czyli cieczy lub gazu), a w szczególności siłami powodującymi ten ruch.

    Ponieważ w warunkach dyfuzji (lub przepływu) Knudsena średnia droga swobodna cząstek gazu jest porównywalna z rozmiarami naczynia, do opisu tego zjawiska nie można stosować formalizmu opartego na ciągłych parametrach uśrednionych w czasie i przestrzeni (m.in. ciśnienie, gęstość, prędkość, temperatura) spełniających pewien układ równań różniczkowych cząstkowych. W szczególności przepływu Knudsena nie można opisywać równaniami Naviera-Stokesa.

    Temperatura – jedna z podstawowych wielkości fizycznych (parametrów stanu) w termodynamice. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.Kapilara – bardzo cienka rurka, tak cienka, że praktycznie cała ciecz przepływająca przez nią znajduje się w polu oddziaływania sił związanych jej ściankami i cieczy bezpośrednio przylegającej do ścianek, w wyniku czego prędkość poruszania się cząsteczek silnie zależy od odległości od ścianek (profil paraboliczny). W kapilarnych kolumnach do chromatografii gazowej praktycznie wszystkie cząsteczki przepływającego gazu znajdują się w polu oddziaływania fazy stacjonarnej, np. cieczy pokrywającej wewnętrzne ścianki rurki.

    W doświadczeniach obserwuje się, że strumień rozrzedzonego gazu przepływającego przez dostatecznie wąską kapilarę jest większy, niż wynikałoby to z prawa Poiseuille’a. Analogicznie pomiary przepuszczalności substancji porowatych wykonane za pomocą gazu pod niskim ciśnieniem dają większe wartości, niż wynikałoby to z liniowej teorii Darcy’ego. Efekt ten tłumaczy się w ten sposób, że rozrzedzony gaz w mikrokapilarze lub mikroporach podlega dyfuzji Knudsena. W tych warunkach prędkość cząsteczek na ścianach naczynia jest większa od zera, co zwiększa wypadkowy strumień gazu. Zjawisko to zwie się poślizgiem (ang. slip), efektem Klinkenberga, przepływem Knudsena lub swobodnym przepływem molekularnym (ang. free molecular flow).

    Cząstka – bardzo mała ilość (pyłek, okruch) lub stosunkowo niewielka część większej całości (Galaktyka jest cząstką kosmosu). W naukach przyrodniczych (fizyka, chemia) cząstka oznacza mały fragment materii (np. cząstka kurzu), który ma zwarty kształt, w odróżnieniu od nici czy włókna.Liczba Knudsena – jedna z bezwymiarowych liczb podobieństwa stosowanych w mechanice płynów. Jej wartość służy jako podstawowe kryterium stosowalności równań mechaniki płynów. Liczba ta nazwana jest na cześć duńskiego fizyka Martina Knudsena (1871–1949).

    Wzrost przepuszczalności substancji porowatych dla przepływu rozrzedzonego gazu opisuje wzór Klinkenberga (1941):

    gdzie:

    Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka. Ze względu na skalę zjawiska, rozpatruje się dwa podstawowe rodzaje dyfuzji:Ciśnienie – wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia zależność:
    – przepuszczalność dla gazu, – przepuszczalność dla cieczy, – średnia droga swobodna cząsteczek gazu pod średnim ciśnieniem – ciśnienie gazu, – promień kapilary w modelu Klinkenberga, – parametr empiryczny zależący m.in. od

    Powyższy efekt wykorzystuje się m.in. do wzbogacania uranu w elektrowniach jądrowych.

    Średnia droga swobodna – średnia droga, jaką przebywa cząstka (także atom lub cząsteczka) poruszająca się w ośrodku materialnym między kolejnymi zderzeniami z cząstkami tego ośrodka. Pojęcie to jest stosowane w bardzo wielu dziedzinach fizyki.

    Zobacz też[ | edytuj kod]

  • liczba Knudsena
  • Bibliografia[ | edytuj kod]

  • Jacob Bear, Dynamics of Fluids in Porous Media, American Elsevier Pub. Co., New York, 1972.
  • Linki zewnętrzne[ | edytuj kod]

  • http://www.nature.com/nature/journal/v278/n5699/abs/278035a0.html



  • w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.016 sek.