主な相違点 – 定常状態と非定常状態の拡散

絶対零度以外の温度では、物質 (気体、液体、または固体) のすべての原子が常に運動しています。

これらの運動は、互いに衝突を引き起こします。

この衝突により、粒子の運動はジグザグに見える。

しかし、高濃度の粒子は、拡散と呼ばれる濃度勾配を越えて低濃度に向かって移動する傾向が観察される。

拡散は、定常拡散と非定常拡散の2種類に分けられる。

定常拡散と非定常拡散の主な違いは、定常拡散が一定の速度で起こるのに対し、非定常拡散の速度は時間の関数であることです。

この両者は、フィックの法則によって定量的に記述することができます。

定常拡散とは

S

非定常拡散とは？

非定常拡散とは、拡散速度が時間の関数である拡散の一形態です。

つまり、拡散の速度は時間に依存する。

したがって、距離による濃度の変化率（dc/dx）は一定ではなく、時間による濃度の変化も0ではない。

非定常の場合

dc/dx = 時間とともに変化する

dc/dt ≠ 0

ここで、dcは濃度の変化、dxは小さな距離、dtは小さな時間です。

Fickの第二法則は、非定常状態の拡散を定量的に決定する。

フィックの拡散第二法則は、拡散が起こったときに、濃度が時間とともにどのように変化するかを予測するために使われます。

これは以下のような偏微分方程式で与えられます。

δφ/δt＝Dδ2φ/δx2です。

この中で

• ϕは濃度(時間と場所(x)に依存する次元)です。
• t は時間（s で与えられる）です。
• D は拡散係数です。
• X は位置（長さの次元で与えられる）です。

したがって、非定常状態は部分拡散方程式として定式化される。

定常拡散と非定常拡散の違い

定常拡散とは？

定常拡散とは、一定の速度で行われる拡散の一形態です。

ここで、ある界面を通過する粒子のモル数は時間に対して一定です。

したがって、系全体では、距離による濃度変化率（dc/dx）は一定値であり、時間による濃度変化率はゼロ（dc/dt）です。

定常状態の場合

dc/dx = 一定

dc/dt = 0

ここで、dcは濃度の変化、dxは小さな距離、dtは小さな時間です。

フィックの第一法則は、定常拡散と非定常拡散の両方を定量的に決定するものです。

Fickの第一法則は、拡散流束は既存の濃度勾配に正比例し、数学的に次のように与えられる。

J = -D (dφ/dx)

この中で

• J は拡散フラックスで、その次元は単位時間当たりの単位面積あたりの物質量であり、単位は mol m-2s-1 です。
• Dは拡散係数です。拡散率とも呼ばれる。この成分の次元は単位時間当たりの面積であり、従って単位は m2/s です。
• ϕは濃度です。単位は mol/m3 です。
• x は溶質の位置です。この成分の寸法は長さです。単位は m です。

定義

S

時間への依存度

定常拡散。

定常拡散：時間による変化はない。

非定常拡散。

非定常拡散は時間の関数である（時間と共に変化する）。

R

Fickの法則との関係

定常的な拡散 定常状態はFickの第一法則で定量的に判断できる。

非定常拡散。

非定常拡散：Fickの第一法則と第二法則により定量的に決定できる。