Газодиффузия

При диффузии газа молекулы газа самостоятельно распределяются в результате своего теплового движения. При этом частицы перемещаются из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией, пока не достигается равновесие концентраций. Этот процесс не требует внешнего потока, а основан исключительно на постоянном случайном движении частиц газа.

В газовых смесях диффузия приводит к смешиванию различных газов, даже если нет макроскопической конвекции. Скорость диффузии в газах значительно выше, чем в жидкостях, поскольку расстояния между частицами больше, а средние скорости частиц выше. Помимо градиентов концентрации, на процессы диффузии могут влиять также градиенты температуры и давления.

С технической точки зрения диффузия газа играет важную роль во многих областях, например, при газообмене в легких, при прохождении газов через пористые среды, при сушке, в мембранных процессах или в специальных методах разделения, таких как метод газовой диффузии для разделения изотопов. В технологическом процессе диффузия в газах часто описывается с помощью общих законов диффузии, в то время как в многокомпонентных смесях используются такие модели, как диффузия Максвелла-Стефана.

Газовая диффузия — это перенос вещества, вызванный градиентом концентрации. При этом не возникает макроскопического потока. Движущей силой является градиент концентрации. Плотность потока вещества пропорциональна градиенту. Знак минус в формуле обозначает перенос в направлении понижения концентрации. Закон Фика (стационарный) гласит:

J = - D · (dc/dx)

• J = плотность потока вещества
• D = коэффициент диффузии
• c = концентрация вещества
• x = координаты местоположения