擴散(diffusion)和滲出(effusion)的區別

擴散和滲出的關鍵區別在於，擴散發生在阻擋層中的空穴大於氣體的平均自由程時，而擴散發生在阻擋層中的空穴小於氣體的平均自由程時。

擴散和滲出是氣體的特性，學生們因為發音相似而混淆了這些特性。雖然擴散和滲出都涉及氣體，以及氣體如何流動以及這種流速取決於什麼因素，但這兩種現象是不同的。本文將討論它們的不同之處。

什麼是擴散(diffusion)？

氣體的擴散是通過一個有孔的屏障將氣體膨脹到一個新的體積的過程，這個屏障比氣體的平均自由程大。平均自由程是單個氣體分子在與另一個氣體分子形成膠狀之前所經過的平均距離。

圖01：擴散過程

但是，如果沒有勢壘，我們就考慮一個大洞，這個洞足夠大，可以覆蓋氣體和新體積（氣體將膨脹到的體積）之間的邊界。此外，擴散比滲出慢。這是因為擴散受到氣體分子大小和動能的限制。

什麼是滲出(effusion)？

滲出是氣體的另一種特性，它允許氣體通過針孔從高壓區移動到低壓區。換言之，它是氣體通過一個或多個小孔的屏障膨脹的過程；這個屏障阻止氣體的分佈，除非氣體分子碰巧穿過這些小孔。這裡，術語“小孔”是指直徑小於氣體平均自由程的孔。

圖02：氣體滲出

通常，滲出比擴散快，因為氣體分子不需要繞著其他氣體分子移動來找到目的地。具體地說，對氣體施加負壓會加快滲出過程。

擴散(diffusion)和滲出(effusion)的區別

當屏障中的空穴大於氣體的平均自由程時，就會發生擴散；而當屏障中的空穴小於氣體的平均自由程時，就會發生滲出。這是擴散和滲出的關鍵區別。此外，氣體分子通過屏障的擴散比氣體分子通過滲出的運動更容易。這主要是由於屏障中孔洞的大小造成的，屏障的直徑大於氣體分子在擴散過程中的平均自由程，而屏障的直徑小於氣體分子在滲出物中的平均自由程。因此，這也是擴散和滲出的顯著區別。

然而，擴散的速度比滲出慢。這是因為擴散受到氣體分子大小和動能的限制。此外，氣體分子需要在其他氣體分子周圍移動，以通過屏障找到目的地，而屏障不會在滲出時發生。

下面的信息圖以表格形式顯示了擴散和滲出的區別。

擴散(diffusion)和滲出(effusion)的區別