擴散率是一種擴散速率，是粒子或熱量或流體傳播速度的量度。擴散率的大小與介質間的濃度差或能量差有關，它表示物質中各特性趨於均勻一致的能力。對於不同的媒介，其擴散率的測量方法不同。
基本介紹
- 中文名：擴散率
- 外文名：diffusivity
- 別名：diffusion of rate
- 領域：物理、化學、傳熱學
- 定義：粒子或熱量或流體傳播速度的量度
- 表達式：α、K、K、D
簡介,熱擴散率,分子擴散率,磁擴散率,
簡介
擴散率指物質濃度或溫度分布不均勻的情況下，粒子、熱量自發進行擴散使系統達到均勻穩定的能力。
擴散率按照描述的對象不同可細分為以下幾種：
熱量的擴散： 熱擴散率
熱量的擴散： 熱擴散率
質量的擴散: 分子擴散率
粘度： 動量擴散率
磁場的擴散： 磁擴散率
熱擴散率
在傳熱分析中，熱擴散係數是熱導率除以密度和定壓比熱容的結果。它表示一種材料的熱量從熱端到冷端傳遞的速率。它的SI單位為m2/ s。熱擴散率通常是表示α表示，但是也可使用a、κ、K和D。熱擴散率公式為:
k為熱傳導率（W/m·K）
計算熱擴散率的方法是對溫度的曲線進行對時間微分，在溫度曲線凹凸性平滑的地方對其進行量化。從某種意義上說，溫度擴散率是熱慣性的度量。在熱擴散率高的物質中，熱量傳遞非常迅速，因為相對於它的體積比熱容和“熱體積”來說，它的傳熱能力更強。
熱擴散率通常用閃光法來測量。包括在一端加熱一個帶短能量脈衝的帶或圓柱形樣品，分析短距離中的溫度變化(脈衝振幅和相位的變化)。
| 材料 | 熱擴散係數 （m2/ s） | 熱擴散係數 （mm2/ s） |
|---|---|---|
熱解石墨，平行於層 | 1.22×10 | 1220 |
銀，純（99.9%） | 1.6563×10 | 165.63 |
1.27×10 | 127 | |
銅在25°C | 1.11×10 | 111 |
9.7×10 | 97 | |
Al-10Si-Mn-Mg（Silafont 36） | 74.2×10 | 74.2 |
鋁合金6061-T6合金 | 6.4×10 | 64 |
Al-5Mg-2Si-Mn（Magsimal-59）在20℃ | 44.0×10 | 44.0 |
鋼，AISI 1010（0.1%碳） | 1.88 x 10 | 18.8 |
鋼，1%碳 | 1.172×10 | 11.72 |
鋼，不鏽鋼304A在27°C | 4.2×10 | 4.2 |
鋼，不鏽鋼310在25°C | 3.352×10 | 3.352 |
鉻鎳鐵合金600在25°C | 3.428×10 | 3.428 |
25℃下的鉬（99.95%） | 54.3×10 | 54.3 |
鐵 | 2.3×10 | 23 |
矽 | 8.8×10 | 88 |
石英 | 1.4×10 | 1.4 |
碳/碳複合材料在25°C | 2.165×10 | 216.5 |
氧化鋁（多晶） | 1.20×10 | 12.0 |
二氧化矽（多晶） | 8.3×10 | 0.83 |
Si3N4與CNTs26℃ | 9.142×10 | 9.142 |
Si3N4，無碳納米管26℃ | 8.605×10 | 8.605 |
PC（聚碳酸酯）在25℃ | 0.144×10 | 0.144 |
PP（聚丙烯）在25℃ | 0.096×10 | 0.096 |
石蠟在25°C | 0.081×10 | 0.081 |
PVC（聚氯乙烯） | 8×10 | 0.08 |
PTFE（聚四氟乙烯）在25℃ | 0.124×10 | 0.124 |
25°C的水 | 0.143×10 | 0.143 |
醇 | 7×10 | 0.07 |
水蒸氣（1大氣壓，400K） | 2.338×10 | 23.38 |
空氣（300 K） | 1.9×10 | 19 |
氬（300 K，1 atm） | 2.2×10 | 22 |
氦氣（300 K，1 atm） | 1.9×10 | 190 |
氫（300K，1atm） | 1.6×10 | 160 |
氮（300K，1atm） | 2.2×10 | 22 |
熱解石墨，正常層 | 3.6×10 | 3.6 |
砂岩 | 1.12-1.19×10 | 1.15 |
錫 | 4.0×10 | 40 |
磚，普通 | 5.2×10 | 0.52 |
磚，土坯 | 2.7×10 | 0.27 |
玻璃，窗戶 | 3.4×10 | 0.34 |
橡膠 | 0.89- 1.3×10 | 0.089 - 0.13 |
尼龍 | 9×10 | 0.09 |
木（黃松） | 8.2×10 | 0.082 |
油，發動機（飽和液體，100℃） | 7.38×10 | 0.0738 |
分子擴散率
擴散係數或擴散係數是由於分子擴散和物質濃度梯度(或擴散驅動力)的摩爾通量之間的比例常數。在菲克定律和許多其他物理化學方程式中都用到了擴散係數。擴散率越高(一種物質與另一種物質的相互作用)，就越快擴散到彼此。通常情況下,化合物的擴散係數大約為空氣或水中擴散率的一萬倍左右，空氣中二氧化碳的擴散係數為16 mm2 / s，在水中擴散係數為0.0016 mm2/ s 。
擴散係數的SI 單位為 m2 / s 。在 CGS 單位作 cm2 / s。
1個標準大氣壓下，各物質擴散係數如下表：
擴散係數（液體） | ||
物種對（溶質 - 溶劑） | 溫度（°C） | D（cm/ s） |
苯（dis） - 水（l） | 25 | 1.02×10 |
空氣（dis） - 水（l） | 25 | 2.00×10 |
硫化氫（dis） - 水（l） | 25 | 1.41×10 |
甲醇（dis） - 水（l） | 25 | 0.84×10 |
甲烷（dis） - 水（l） | 25 | 1.49×10 |
溴（dis） - 水（l） | 25 | 1.18×10 |
水（1） - 乙醇（1） | 25 | 1.24×10 |
水（1） - 乙酸乙酯（1） | 25 | 3.20×10 |
水（1） - 丙酮（1） | 25 | 4.56×10 |
氯（dis） - 水（l） | 25 | 1.25×10 |
氮（dis） - 水（l） | 25 | 1.88×10 |
氬（dis） - 水（l） | 25 | 2.00×10 |
氨（dis） - 水（l） | 25 | 1.64×10 |
氧（dis） - 水（l） | 25 | 2.10×10 |
氦（dis） - 水（l） | 25 | 6.28×10 |
氫（dis） - 水（l） | 25 | 4.50×10 |
二氧化碳（dis） - 水（l） | 25 | 1.92×10 |
乙醇（dis） - 水（l） | 25 | 0.84×10 |
乙烷（dis） - 水（l） | 25 | 1.20×10 |
乙烯（dis） - 水（l） | 25 | 1.87×10 |
丙酮（dis） - 水（l） | 25 | 1.16×10 |
丙烷（dis） - 水（l） | 25 | 0.97×10 |
一氧化碳（dis） - 水（l） | 25 | 2.03×10 |
一氧化氮（dis） - 水（l） | 25 | 2.60×10 |
擴散係數（氣體） | ||
物種對（溶質 - 溶劑） | 溫度（°C） | D（cm/ s） |
水（g） - 空氣（g） | 25 | 0.282 |
氧氣（g） - 空氣（g） | 25 | 0.176 |
擴散係數（固體） | ||
物種對（溶質 - 溶劑） | 溫度（°C） | D（cm/ s） |
氫 - 鐵 | 10 | 1.66×10 |
氫 - 鐵 | 100 | 124×10 |
鋁 - 銅 | 20 | 1.3×10 |
磁擴散率
磁擴散率是等離子物理中的參數，出現在雷諾數方程中，它的SI單位為 m2/s
磁擴散率的定義為
其中
為自由空間磁導率，
為有問題材料的電導率。電漿中由庫侖力或中性碰撞產生的傳導率為：
e是電子電荷。
