什么是菲克第一定律，对于它的应用应该注意什么？

更新时间2019-12-22 17:53:21

菲克第一定律指在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量(称为扩散通量)与该截面处的浓度梯度成正比。

早在1855年，菲克就提出了:在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量(称为扩散通量Diffusion flux，用J表示)与该截面处的浓度梯度(Concentration gradient)成正比，也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大。这就是菲克第一定律，它的数学表达式如下:

J=-D×dC/dx(1)

式(1)中, D称为扩散系数(m/s)，C为扩散物质(组元)的体积浓度(原子数/m或kg/m)，dC/dx为浓度梯度，"–"号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散。扩散通量J的单位是kg / m·s。

扩散系数

扩散系数(Diffusion coefficient)D是描述扩散速度的重要物理量，它相当于浓度梯度为1时的扩散通量，D值越大则扩散越快。对于固态金属中的扩散，D值都是很小的，例如，1000℃时碳在γ-Fe中的扩散系数D仅为10m/s数量级。

注意

菲克第一定律只适应于和J不随时间变化--稳态扩散(Steady-state diffusion)的场合。对于稳态扩散也可以描述为:在扩散过程中，各处的扩散组元的浓度C只随距离x变化，而不随时间t变化。这样，扩散通量J对于各处都一样，即扩散通量J不随距离x变化，每一时刻从前边扩散来多少原子，就向后边扩散走多少原子，没有盈亏，所以浓度不随时间变化。实际上，大多数扩散过程都是在非稳态条件下进行的。

非稳态扩散(Nonsteady-state diffusion)的特点是：

在扩散过程中，和J 都随时间变化。通过各处的扩散通量J 随着距离x在变化，而稳态扩散的扩散通量则处处相等，不随距离而发生变化。对于非稳态扩散，就要应用菲克第二定律了。