Ефект Дюфура

Ефект Дюфура або ж термодифузний ефект — явище виникнення теплового потоку в дво-(багато-)фазній системі внаслідок градієнту концентрації різних компонентів (фаз) системи. Відкритий Л. Дюфуром (L. Dufour) в 1872 році, детально досліджений К.Клузіусом (К.Clusius) і Л. Вальдманном (L. Waldmann) в 1942-49 рр. Цей ефект є оберненим до ефекту термодифузії.

Деталі

При сталому тиску тепловий потік ${\vec {J}}_{q}$, що виникає через градієнт концентрації $\nabla c_{1}$ дорівнює:

${\vec {J}}_{q}=-\lambda \nabla T-\rho _{1}T\mu _{11}^{c}D''\nabla c_{1}.$

де $\nabla T$ — градієнт температури внаслідок такого ефекту, $\lambda$ — коефіцієнт теплопровідності, $D''$ — коефіцієнт дюфура, $\rho _{1}$ — густина першої компоненти, $\mu _{11}^{c}=\left({\frac {d\mu _{1}}{dc_{1}}}\right)_{T}$, $\mu _{1}$ — хімічний потенціал першої компоненти. Поява похідної хімпотенціалу по концентрації пов'язана з тим, що в лінейних співвідношеннях Онсагера термодинамічні сили пропорційні градієнтам хімпотенциалів. Величину $\rho _{1}T\mu _{11}^{c}D''$ називають коефіцієнтом дифузійного термоефекту. Відношення $c_{1}c_{2}TD'/D$ називається термодифузійним відношенням. Ефект Дюфура і перенос маси називають перехресними процесами. Згідно з теоремою Онсагера, коефіцієнт Дюфура і коефіцієнт термодифузії дорівнюють одне одному: D=D' (співвідношення Онсагера). Значення коефіцієнта Дюфура можуть бути як додатні так і від'ємні однак при цьому завжди

$\left(D''\right)^{2}\leq {\frac {\lambda D}{T\rho c_{1}^{2}c_{2}\mu _{11}^{c}}}$

що є наслідком додатності зміни ентропії і умови термодинамічної стійкості. У стаціонарному стані, коли дифузійний потік дорівнює нулю,

${\frac {D'}{D}}=-{\frac {1}{c_{1}c_{2}}}{\frac {\nabla c_{1}}{\nabla T}}$

Це відношення називається коефіцієнтом Соре і рідинних та газових сумішах має порядок величини 10⁻³..10⁻⁵ К⁻¹. Знаючи $D$ можна визначити і $D'$, а отже і $D''$. Для рідин $D''\sim 10^{-8}..10^{-10}$ см/с-К, для газів $D''\sim 10^{-4}..10^{-6}$ см/с-К. Коефіцієнт $D''$ можна виміряти безпосередньо по градієнту температури, що виникає при змішування рідин і газів

${\frac {D''}{\lambda }}={\frac {1}{T\rho _{1}\mu _{11}^{c}}}{\frac {\nabla T}{\nabla c}}$

де $\nabla T$ — максимальна різниця температури різних рідких чи газоподібних речовин, що мали однакову температуру до змішування. У газах $\nabla T$ порядку кількох кельвінів, а в рідинах — в 10⁴ разів менше. Ці результати підтверджують співвідношення Онсагера.

Джерела

• гол.ред. А. М. Прохоров. Дюфура эффект Физическая энциклопедия. — Москва : "Советская энциклопедия", 1988. — Т. 2. — С. 26. — ISBN 5-85270-034-7.