Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты

Искать: Сайт ЕНЭ НТЭ

Расширенный   Формализованый   По связи разделов

А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я

• Естественнонаучные эффекты (ЕНЭ)

	Термодиффузия

Анимация

Описание

Термодиффузия,  перенос компонент газовых смесей или растворов под влиянием градиента температуры. Если разность температур поддерживается постоянной, то в объеме смеси возникает градиент концентрации, что вызывает так же и обычную диффузию. В стационарных условиях при отсутствии потока вещества термодиффузия уравновешивается обычной диффузией, и в объеме возникает разность концентраций, которая может быть использована для разделения изотопов. Термодиффузия в растворах называется эффектом Соре (по имени швейцарского химика Ш. Соре, впервые в 1879-81гг. исследовавшего термодиффузию).

В бинарной смеси при постоянном давлении в отсутствие внешних сил полный диффузионный поток вещества равен:

ji= -nD12(gradci)-n(DT/T)gradT,

где D12 - коэффициент диффузии;

DT - коэффициент термодиффузии;

n -  число частиц смеси в единице объема;

ci=ni/n - концентрация частиц i-го компонента (i=1, 2).

Распределение концентрации в стационарном состоянии может быть найдено из условия:

ji=0

откуда

gradci= -(kT/T)gradT,

где kT = DT /D12 - термодиффузионное отношение, пропорциональное произведению концентраций компонент.

Коэффициент термодиффузии сильно зависит от межмолекулярного взаимодействия, поэтому его изучение позволяет исследовать межмолекулярные силы в газах.

Ключевые слова

• градиент температуры
• градиент концентрации
• поток
• диффузия
• термодиффузия
• смесь жидкостей или газов
• газ
• жидкость

Разделы наук

• Жидкости
• Реальные газы
• Явления переноса

Применение эффекта

Наиболее эффективно используется при разделении изотопов радиоактивных веществ.

Разделительная колонка для разделения изотопов состоит из двух коаксиальных труб, поддерживаемых при разных температурах (рис. 1), между которыми находится газообразное вещество.

Разделительная колонка для разделения изотопов

Рис. 1

Разность температур DТ создает вертикальный конвекционный поток газовой смеси и одновременно вызывает непрерывно идущее поперечное термодиффузионное разделение изотопов.

Вследствие этого более легкие изотопы накапливаются у горячей поверхности внутренней трубы и движутся вверх. Коэффициент разделения:

a=1+gDТ/Т,

где g - постоянная термодиффузии, зависящая от относительной разности масс изотопов;

Т=(Т1+Т2)/2.

Этим методом были получены He с содержанием 0.2%, 3He (в природной смеси - 1,5*10-5 %), изотопы 18О, 15N, 13C, 20Ne, 22Ne, 35Cl, 84Kr, 86Kr с концентрацией >99,5%.

Реализации эффекта

Техническая реализация эффекта

Простейшая техническая реализация состоит в наблюдении градиента насыщенности окраски поглощающего раствора (например, слабый раствор марганцовки в воде) при одностороннем подогреве сосуда на спиртовке.

Литература

1. Ультразвук / Под ред. И.П. Голяминой.- М.: Советская Энциклопедия, 1979.

2. Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред.- М.: Наука, 1982.

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты

Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина