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菲克定律

菲克定律(Fick's law)是由阿道夫·菲克(Adolf Fick)於1855年提出的,用於描述不依賴於巨觀混合作用的傳質現象,特別是在分子擴散過程中的傳質通量與濃度梯度之間的關係。菲克定律包括兩個主要內容:

菲克第一定律。在單位時間內通過垂直於擴散方向的單位截面積的擴散物質流量(稱為擴散通量,用J表示)與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比。這意味著濃度梯度越大,擴散通量也越大。數學表達式為J=-D×dC/dx,其中D是擴散係數,C是擴散物質的體積濃度,dC/dx是濃度梯度,「-」號表示擴散方向為濃度梯度的反方向,即擴散組元由高濃度區向低濃度區擴散。

菲克第二定律。這是在菲克第一定律的基礎上推導出來的,描述在非穩態擴散過程中,濃度隨時間的變化率等於該處的擴散通量隨距離變化率的負值。

菲克定律適用於描述氣體液體中的擴散現象,以及固體中的物質遷移,是物理、化學、材料科學等領域的重要基礎。