тела. Известно, что частицы растворенного в жидкости вещества при
ее движении переносятся от точки к точке двояким образом. Во-пер-
вых, при разности концентраций возникает молекулярная диффузия
и появляется направленный поток вещества из области большей кон-
центрации в область меньшей. Во-вторых, вследствие движения жидко-
сти (конвекции) частицы растворенного вещества увлекаются потоками
жидкости и переносятся вместе с ними. Совокупность этих процессов
называется конвективной диффузией.
Скорость молекулярной диффузии гораздо ниже скорости перено-
са вещества за счет движения жидкости, поэтому даже при небольшой
скорости течения жидкости перенос
вещества, обусловленный этим дви-
жением, будет преобладать над пе-
реносом молекулярной диффузией, и-
лишь при очень малой скорости дви-
жения жидкости основную роль на-
чинает играть молекулярная диффу-
зия.
Из гидродинамики известно, что-
скорость жидкости, обтекающей твер-
дую поверхность, в непосредственной:
близости от нее равна нулю, а далее
постепенно возрастает и достигает
величины, свойственной самому по-
току.
На рис. 23 показано распределе-
ние скоростей движения жидкости
вблизи поверхности твердого тела.
За пределами пограничного слоя:
толщиной 6о скорость потока всюду
одинакова и имеет величину и
0
. На-
расстоянии, меньшем, чем бо, скорость движения жидкости снижается,
но остается все же достаточно большой, и перенос вещества осущест-
вляется так же, как и в объеме раствора, главным образом, за счет
движения жидкости. И только в непосредственной близости от твердой
поверхости находится тонкий слой толщиной б, в котором преобладаю-
щая доля вещества переносится молекулярной диффузией. Таким обра-
зом, основное сопротивление переносу растворенного вещества оказы-
вает не весь пограничный слой, а только его небольшая часть толщиной
б, так называемый диффузионный слой. В этом слое происходит основ-
ное изменение концентрации диффундирующего вещества. Толщина его-
тем меньше, чем больше скорость движения жидкости относительно твер-
дого тела и чем меньше коэффициент диффузии и вязкость раствора.
В общем случае толщина диффузионного слоя не одинакова в различ-
ных точках поверхности, что обусловлено различием в скоростях дви-
жения жидкости в различных точках. Так как величина б зависит от
коэффициента диффузии вещества, то при одновременной диффузии
нескольких веществ для каждого из них характерна своя толщина диф-
фузионного слоя. С практической точки зрения наиболее важной явля-
ется зависимость б от интенсивности перемешивания (скорости движе-
ния жидкости относительно твердого тела).
Согласно первому закону Фика количество вещества, прошедшее
в результате молекулярной диффузии через плоскую поверхность, про-
порционально величине этой поверхности, продолжительности диффу-
зии и градиенту концентрации по нормали к поверхности:
dm =— DS dx (dCldx), (53)
Твердое
тело
Рис. 23. Изменение скорости и
;к
движения жидкости вблизи поверх-
ности твердого тела
76