Différence entre la diffusion à l'état stable et à l'état instable

Différence principale - État stable vs diffusion de l'état instable

À toute température différente du zéro absolu, tous les atomes d'une substance (dans un gaz, un liquide ou un solide) sont constamment en mouvement. Ces mouvements provoquent des collisions les uns avec les autres. En raison de ces collisions, le mouvement des particules semble en zigzag. Cependant, il est observable que les particules à forte concentration tendent à évoluer vers une concentration plus faible à travers un gradient de concentration appelé diffusion. La diffusion peut être divisée en deux types: diffusion à l'état stable et diffusion à l'état instable. La principale différence entre la diffusion à l'état d'équilibre et la diffusion à l'état instable est que la diffusion à l'état d'équilibre a lieu à un taux constant alors que le taux de diffusion à l'état instable est fonction du temps. Les deux types peuvent être décrits quantitativement par les lois de Fick.

Zones clés couvertes

1. Qu'est-ce que la diffusion à l'état stable?
     - Définition, relation avec la première loi de Fick
2. Qu'est-ce que la diffusion à l'état instable?
     - Définition, relation avec les première et deuxième lois de Fick
3. Quelle est la différence entre la diffusion à l'état stable et à la diffusion en état instable
     - Comparaison des différences clés

Termes clés: Collisions, diffusion, loi de Fick, diffusion en état stable, diffusion en état instable

Qu'est-ce que la diffusion à l'état stable?

La diffusion à l'état d'équilibre est une forme de diffusion qui se produit à un taux constant. Ici, le nombre de moles de particules qui traversent une interface donnée est constant dans le temps. Par conséquent, dans tout le système, le taux de variation de la concentration en fonction de la distance (dc / dx) est une valeur constante et le changement de la concentration en fonction du temps est nul (dc / dt).

Pour l'état d'équilibre,

dc / dx = constante

dc / dt = 0

Où dc est un changement de concentration, dx une petite distance et dt une petite période.

Figure 1: Diffusion

La première loi de Fick détermine quantitativement la diffusion à l'état d'équilibre et la diffusion à l'état instable. La première loi de Fick dit que le flux diffusif est directement proportionnel au gradient de concentration existant et peut être donné mathématiquement comme,

J = -D (dϕ / dx)

Dans lequel,

• J est le flux de diffusion; sa dimension est la quantité de substance par unité de surface par unité de temps, et l’unité est le mol m⁻²s⁻¹.
• D est le coefficient de diffusion. Il est également connu sous le nom de diffusivité. La dimension de cette composante est la surface par unité de temps, donc l’unité est m²/ s.
• est la concentration. Il est donné par l'unité mol / m³.
• x est la position d'un soluté. La dimension de ce composant est la longueur. Il est donné par l'unité m.

Qu'est-ce que la diffusion à l'état instable?

La diffusion à l'état instable ou la diffusion à l'état non stable est une forme de diffusion dans laquelle la vitesse de diffusion est fonction du temps. Cela signifie que le taux de diffusion dépend du temps. Par conséquent, le taux de concentration avec la distance (dc / dx) n’est pas constant et le changement de concentration avec le temps n’est pas nul.

Pour l'état instable,

dc / dx = varie avec le temps

dc / dt 0

Où dc est un changement de concentration, dx une petite distance et dt une petite période.

Deuxième loi de Fick détermine quantitativement la diffusion de l'état instable. La seconde loi de diffusion de Fick est utilisée pour prédire comment la concentration change avec le temps lorsque la diffusion se produit. Il est donné par une équation de différenciation partielle comme ci-dessous.

δϕ / δt = D δ²ϕ / δx²

Dans lequel,

• ϕ est la concentration (une dimension qui dépend du temps et de l'emplacement (x)).
• t est le temps (donné par s)
• D est le coefficient de diffusion.
• X est la position (donnée par les dimensions de la longueur).

Par conséquent, l'état instable est formulé comme une équation de diffusion partielle.

Différence entre la diffusion à l'état stable et à l'état instable

Définition

Diffusion à l'état d'équilibre: La diffusion à l'état d'équilibre est une forme de diffusion qui se produit à un taux constant.

État instable La diffusion: La diffusion à l'état instable ou la diffusion à l'état non stable est une forme de diffusion dans laquelle la vitesse de diffusion est fonction du temps..

Taux de diffusion

Diffusion à l'état d'équilibre: Le taux de diffusion est constant pour la diffusion en régime permanent.

État instable La diffusion: Le taux de diffusion n'est pas constant pour la diffusion à l'état instable. Ça varie avec le temps.

Dépendance du temps

Diffusion à l'état d'équilibre: La diffusion à l'état d'équilibre ne varie pas avec le temps.

État instable La diffusion: La diffusion en état instable est une fonction du temps (elle change avec le temps).

Relation avec les lois de Fick

Diffusion à l'état d'équilibre: L'état d'équilibre peut être déterminé quantitativement par la première loi de Fick.

État instable La diffusion: La diffusion des états instables peut être déterminée quantitativement par les première et deuxième lois de Fick.

Conclusion

La diffusion à l'état stable et la diffusion à l'état instable sont deux types de diffusion. Les deux types peuvent être décrits quantitativement par les lois de Fick. La principale différence entre la diffusion à l'état stationnaire et la diffusion à l'état instable réside dans le fait que la diffusion en état stationnaire a lieu à une vitesse constante alors que la vitesse de diffusion à l'état instable est fonction du temps..

Référence:

1. «Mécanismes de diffusion». Chapitre 5. Diffusion, disponible ici.
2. «Diffusion viscoélastique (non fickienne)», Revue canadienne de génie chimique, vol. 83, décembre 2005, p. 913-915., Disponible ici.
3. “Multiphysics Cyclopedia.” COMSOL, disponible ici.