Prawa Ficka - szybkość dyfuzji

fizyka nurkowania

Dyfuzja - proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą i/lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka. Efektem dyfuzji w gazach i cieczach jest wyrównywanie się stężeń wszystkich składników w całej objętości fazy. Dyfuzja prowadzi do wyrównania się stężeń. Osiągnięcie stanu równowagi nie oznacza jednak ustania dyfuzji. Trwa ona nadal, jednak dzięki dokładnemu wymieszaniu się wszystkich składników, nie prowadzi już do zmian stężenia.

Ważnym jest, że dyfuzja trwa cały czas, jest procesem samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek, na jej przebieg nie wpływa wyrównywanie się stężeń. Zmiana stężenie jest za to parametrem o którym najczęściej myślimy mówiąc o dyfuzji.

W nurkowaniu procesy dyfuzji mają istotne znaczenie w interpretacji zjawisk zachodzących zarówno podczas zanurzania, jak i dekompresji.

Proces dyfuzji opisują prawa Ficka.

Pierwsze prawo dyfuzji Ficka:

Ilość substancji dyfundującej w czasie t przez określoną powierzchnię prostopadłą do kierunku dyfuzji, jest proporcjonalne do pola powierzchni S, gradientu stężeń i czasu.

Drugie prawo dyfuzji Ficka:

Szybkość dyfuzji gazów przez błonę przepuszczalną przy określonym ciśnieniu jest proporcjonalna do rozpuszczalności gazu w cieczy i odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z ciężaru cząsteczkowego danego gazu.

I tak np. szybkość dyfuzji CO2 w pęcherzykach płucnych jest większa od dyfuzji O2 około 21 razy.

Zobacz również temat kontrdyfuzja izobaryczna , temat tylko dla nurków trimiksowych.