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1、扩散的热力学分析第1页，共10页，编辑于2022年，星期日一、扩散的产生一、扩散的产生 单相体系由单相体系由i，j两组元组成，摩尔分数分别为两组元组成，摩尔分数分别为ci和和cj，恒温，恒温恒压时，体系的自由能变量恒压时，体系的自由能变量dG：若两点间化学势若两点间化学势i i不相等，则不相等，则i i原子就会在两点间发生移动，原子就会在两点间发生移动，产生扩散现象。可见，扩散是在不同化学势两点之间进行的，原子产生扩散现象。可见，扩散是在不同化学势两点之间进行的，原子由化学势较高之处迁至较低之处，直至化学势相等。由化学势较高之处迁至较低之处，直至化学势相等。第2页，共10页，编辑于2022年，
2、星期日二、菲克第一定律二、菲克第一定律 1mol的组员的组员i从化学势较高（从化学势较高（iO）的）的O点扩散到化学势较低点扩散到化学势较低（iO）的）的O点，距离设为点，距离设为x则：则：扩散的动力：化学势梯度扩散的动力：化学势梯度作用于一个作用于一个i原子在原子在x方向迁移的动力方向迁移的动力Xi：第3页，共10页，编辑于2022年，星期日由于扩散通量由于扩散通量J正比于扩散动力，因此正比于扩散动力，因此:对理想溶液，对理想溶液，或或菲克第一定律菲克第一定律二、菲克第一定律二、菲克第一定律扩散通量的普遍方程扩散通量的普遍方程第4页，共10页，编辑于2022年，星期日三、菲克第二定律三、菲克
3、第二定律 设设Bi为单位扩散动力作用下原子迁移的速率，则在扩散动为单位扩散动力作用下原子迁移的速率，则在扩散动力力Xi作用下作用下i原子的平均扩散速率原子的平均扩散速率i为为 单位时间内通过垂直界面上单位面积的原子数单位时间内通过垂直界面上单位面积的原子数ni：第5页，共10页，编辑于2022年，星期日三、菲克第二定律三、菲克第二定律 在在x和（和（x+dx）处的两个垂直于）处的两个垂直于x轴平行面间，每单位体轴平行面间，每单位体积单位时间内，积单位时间内，i原子的增量为：原子的增量为：而而第6页，共10页，编辑于2022年，星期日三、菲克第二定律三、菲克第二定律菲克第二定律菲克第二定律其中：其中：第7页，共10页，编辑于2022年，星期日四、扩散系数四、扩散系数D0：i原子在理想固溶体中的扩散系数或自扩散系数原子在理想固溶体中的扩散系数或自扩散系数由由Gibbs-Duhem方程可得：方程可得：第8页，共10页，编辑于2022年，星期日四、扩散系数四、扩散系数熵值增加，体系自由能降低。下坡扩散熵值增加，体系自由能降低。下坡扩散 熵值减小，但内能减小更多，体系的自由能仍然降熵值减小，但内能减小更多，体系的自由能仍然降低。上坡扩散低。上坡扩散第9页，共10页，编辑于2022年，星期日Thank You！第10页，共10页，编辑于2022年，星期日