Hidrológiai Közlöny 1988 (68. évfolyam)
1. szám - Ujfaludi László: A diffúzió a különböző fizikai megközelítések tükrében
12 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 1988. 68. ÉVFOLYAM, l, SZAM A diffúzió a különböző fizikai megközelítések tükrében* Ujfaludi László Vízgazdálkodási Tudományos Kutatóközpont 1095 Budapest, Kvassay Jenő u. 1. Kivonat: A tanulmány célja a hagyományos értelemben vett diffúzió jelenségének ós különböző tárgyalási módjainak ismertetése. A klasszikus tárgyalásmód fenomenologikus vagy statisztikus attól függően, hogy a rendszert folytonosnak, vagy diszkrét elemekből összetettnek feltételezik. A transzportelméleti tárgyalásmód lehetőséget ad a különböző áramló mennyiségek (pl. tömeg és hő) egymásra hatásainak (a kereszteffektusoknak) kvantitatív értelmezésére. A térelméleti tárgyalásmód a transzportfolyamatokat különböző megmaradási- (variációs-) elvek alapján értelmezi, ezáltal általánosabb fizikai összefüggésekbe helyezi azokat. A különböző* tárgyalásmódok tehát ugyanannak a jelenségkörnek különböző vonatkozásait világítják [meg. A tanulmány végén a szerző röviden kitér a hidrológiai-hidraulikai gyakorlatban sokszor előforduló két jelenségnek: a hidrodinamikai diszperziónak ós a turbulens diszperziónak a hagyományos értelemben vett diffúzióval való kapcsolatára is. Kulcsszavak: diffúzió, diszperzió, transzport elmélet, tórelmólet, szennyező anyagok terjedése 1. Bevezetés: a klasszikus megközelítés A Broum-mozgás Folytonos közegek molekuláinak a hőmozgásból eredő sebességeloszlása a Maxwell-féle törvénnyel írható le (Gombás és Kisdi, 1971). Eszerint az átlagsebesség a hőmérséklettel nő, minden hőmérséklethez tartozik egy legvalószínűbb sebességérték, amely körül a szórás a hőmérséklet növekedésével ugyancsak növekszik (1. ábra). A molekuAn n 1. ábra. A Maxwell-féle sebességéloszlás (v a részecskék sebessége, n az összes részecske száma, An a Av intervallumba eső részecskeszám) (Budó, 1978, nyomán) 0,003 mm 2. ábra. Vízben szuszpendált részeccke pályája mikroszkópfelvétél álapján * Az MHT Hidraulikai és Műszaki Hidrológiai Szakosztálya ós a VITUKI közös szervezésében 1987. május 28-án rendezett „Diffúzió a hidraulikában és hidrológiában" szemináriumon elhangzott előadás anyaga Iák hőmozgásuk közben ütköznek a közegben lévő kolloidrészecskékkel, és azokat rendszertelen, zegzugos mozgásra késztetik, ez a mikroszkóppal megfigyelhető Brown-mozgás. Egy vízben szuszpendált kolloidrészecske hozzávetőleges pályáját szemlélteti a 2. ábra (Budó, 1978). A x időtartam alatti^ 2 közepes elmozdulásnégyzetre Einstein (1908) statisztikus alapon levezetett összefüggése érvényes: k T m T (1) 3 ji r]r ahol k a Boltzmann-állandó, T az abszolút hőmérséklet, t] a folyadék dinamikus viszkozitása, r a részecske sugara, gömb alakú részecskét feltételezve (az összefüggés oldott és kolloidméretű részecskékre egyaránt érvényes). A molekuláris diffúzió Régi kísérleti tapasztalat, hogy elegendően hosszú idő után az egyébként egymással nem keveredő folyadékok külső beavatkozás nélkül is elkeverednek; a közöttük lévő éles határ idővel elmosódik, hosszabb idő múltán pedig a teljes keveredés is előáll. A jelenség egyik szokásos alapkísérletét mutatja a 3. ábra, amelyen víz és az alá rétegzett CuS0 4-oldat látható. A határfelületen . • . i 3. ábra. A molekuláris diffúzió szokásos alapkísérletének elrendezése
