[實用新型]基于中空三棱柱液柱透鏡測量液體擴散系數的測量裝置

有效

• 申請號: 202023188029.7
• 申請日: 2020-12-26
• 公開（公告）號: CN214224868U
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 古迪;盧英杰;徐金輝;陳麗潔;吳科延;黃曼莉;羅國平
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 深圳市華盈知識產權代理事務所(普通合伙) 44543
• 代理人: 王松柏

本實用新型公開了一種基于中空三棱柱液柱透鏡測量液體擴散系數的測量裝置，包括在水平的測量平臺上沿光路設置的光源和中空三棱柱，光源與中空三棱柱之間設置有凸透鏡，中空三棱柱在光路后方設置有光屏。本實用新型的基于中空三棱柱液柱透鏡測量液體擴散系數的測量裝置具有分辨率高、儀器操作簡單和準確性高的特點。

技術領域

本實用新型涉及液體擴散系數測量技術領域，具體是指一種基于中空三棱柱液柱透鏡測量液體擴散系數的測量裝置。

背景技術

在1855年，菲克就提出了：在單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截面積的擴散物質流量(稱為擴散通量Diffusion flux，用J表示)與該截面處的濃度梯度(Concentration gradient)成正比，也就是說，濃度梯度越大，擴散通量越大。這就是菲克第一定律，它的數學表達式如下：

式中,D稱為擴散系數(m²/s)，C為擴散物質(組元)的體積濃度(原子數/m³或 kg/m³)，為濃度梯度，“–”號表示擴散方向為濃度梯度的反方向，即擴散組元由高濃度區向低濃度區擴散。擴散通量J的單位是kg/m²·s。

擴散物質在擴散介質中的濃度分布隨時間發生變化的擴散常稱為不穩定擴散，其擴散通量隨位置與時間變化。對于不穩定擴散，可以從物質的平衡關系著手，建立第二擴散微分方程式。菲克第二定律是在第一定律的基礎上推導出來的。菲克第二定律指出，在非穩態擴散過程中，在距離x處，濃度隨時間的變化率等于該處的擴散通量隨距離變化率的負值，得

這就是菲克第二定律的數學表達式。如果擴散系數D隨坐標x變化不大，可近似看成常數，則該式可以寫成

上式中，C為擴散物質的體積濃度(kg/m³),t為擴散時間(s),x為距離(m)。實際上，固溶體中溶質原子的擴散系數D是隨濃度變化的，為了使求解擴散方程簡單些，往往近似地把D看作恒量處理。對于各向同性的三維擴散體系，菲克第二擴散方程可寫為：

對于球對稱擴散，上式可變換為極坐標表達式：

菲克第二擴散方程描述了不穩定擴散條件下介質中各點物質濃度由于擴散而發生的變化。根據各種具體的起始條件和邊界條件，對菲克第二擴散方程進行求解，便可得到相應體系物質濃度隨時間、位置變化的規律。

以一定濃度的鹽水和清水組成擴散偶，擴散偶成分隨時間的變化如圖1所示，在圖1中，具體條件限定為：

初始條件t＝0時，C＝C₁(x＞0)，C＝C₂(x＜0)

邊界條件t≥0時，C＝C₁(x＝∞)，C＝C₂(x＝－∞)

采用變量代換法求解，結果如下：