DIFFUSION (en science PHYSIQUE))

-diffusion (généralités)

Des corps en présence ont une tendance à homogénéiser leurs énergies par transfert de matière ou par transfert d'énergie cinétique (chocs et rayons)

Quand il s'agit de contacts, l’échange d’énergie prend le nom de Diffusion qui implique une répartition inorientée, multidirectionnelle, anisotropique de l'énergie en cet endroit-là.

Les diverses grandeurs impliquées dans cette diffusion sont

-la convection, il s’agit de transfert d’énergie (cinétique puis thermique) entre petits éléments matériels (molécules) appartenant au même milieu (un fluide)

-la conduction, il s’agit de transferts d’énergie par contacts

-le scattering , mot anglais signifiant diffusion-dispersion, concernant surtout les ondes de faible amplitude avec transport énergétique

 

DIFFUSION STRICTO SENSU

C'est l'énergie échangée (symbole Ed       dimension d'une énergie L2.M.T-2

Unité S.I.+ le Joule (J)

Elle concerne l’électromagnétisme, la mécanique des fluides, les particules, la thermodynamique, les ondes de rayonnement (dont la lumière) et même la géologie (où sa constante est dénommée transmissivité du sol)

Une self-diffusion est une diffusion entre les divers éléments d'un même corps

 

COEFFICIENT (ou INDICE) de DIFFUSION

C'est le rapport (adimensionnel) entre 2 puissances d'une onde :

la puissance diffusée comparée à la puissance totale

(le symbole est yqen acoustique, yzen thermique et ylpour la lumière)

 

CONSTANTE DE DIFFUSION

C’est un cas particulier de coefficient de transport = c’est à dire une énergie de diffusion ramenée à la masse en cause et considérée pendant un certain temps. Synonyme : coefficient de diffusivité (cas de la thermique et de la fluidique)

Equation de dimensions : L2.T-1       Symbole de grandeur :  νd       

Unité S.I.+ : m²/s

νd = Pd / W‘

avec νd(m²/s)= constante de diffusion d’un corps

Pd(W)= RAYONNEMENT thermique du corps

W’(J/m²)= énergie surfacique correspondante

A l’échelle microscopique νd = (v.l) / 3

où v(m/s)= vitesse moyenne des particules et l(m)= libre parcours moyen

Les valeurs deνd pour la self-diffusion vont de (1 à 100).10-5m²/s

 

DIFFUSIVITÉ

C'est le nom d'un flux (puissance) développé dans le cas d'une diffusion

Equation de dimensions : L2.M.T-3   Symbole de grandeur : Pd     Unité S.I.+ : W

ΔPd= ΔE / t  (la variation de diffusivité est la variation de l’énergie en un temps donné)

Pour la diffusivité thermique, on dit plutôt (coefficient de diffusivité) voir chapitre spécial

 

DISTANCE de DIFFUSION

Notion utilisée pour marquer la profondeur de diffusion dans un matériau

(la diffusion présente évidemment une atténuation, ce qui limite sa portée)l= (νd.t)1/2

avec ld(m)= distance de diffusion (profondeur) jusqu'où agit la diffusion, au temps t(s) dans un matériau de constante de diffusion = νd(m²/s)

 

FACTEUR de DIFFUSIONF’d

C'est une échelle (donc sans dimension) des temps d’échanges d’énergie affectant 2 fluides voisins dans un cas de diffusion >>>

échelle graduée de 0 à 1

Exemples de valeurs : 10-1 entre air et CO²

et 10-5 entre eau salée et eau pure

 

INTENSITÉ de DIFFUSION

C'est un flux de diffusion mesuré dans un angle solide

Equation de dimensions : L2.M.T-3.A-1        Symbole de désignation : P’l         

Unité d’usage = W/sr

P’l = Pl / Ω

où P’l(W/sr)= intensité de diffusion

Pl(W)= flux (puissance) diffusé en un angle solide Ω(sr)

 

PUISSANCE (ou flux) de DIFFUSION

Symbole Pd , dimension L².M.T -3,  unité S.I.+ : le Watt(W)

ΔPd= ΔE / t (la variation de puissance est la variation de l’énergie en un temps donné)

En thermique, les relations entre diffusion et conduction se font surtout :

- à travers le coefficient de transfert thermique

avec Pd= κt.T

où Pd(W)= puissance de diffusion pour un corps

κ (W/m²-K)= coefficient de transfert (thermique)

t(s)= temps et T(K)= température

νt(m²/s)= coefficient de diffusivité

-ou à travers la conductibilité

avec Pd= c*.l.T

où Pd(W)= puissance de diffusion pour un corps

c*(W/m-K)= conductibilité thermique

l(m)= distance et T(K)= température

- la self-diffusion (νs) est la diffusion d’un corps envers lui-même

 

THERMODIFFUSION

C'est un échange calorifique entre des conducteurs thermiques

Pd= f*.g / c’

avec Pd(W)= puissance de thermodiffusion pour un corps

f*(W-m/K)= sa résistivité thermique

c’(J/kg-K)= sa capacité thermique massique

g(m/s²)= pesanteur

 

-cas des solutions liquides : on y utilise le coefficient de Soret αS qui est l'inverse d'une température et qui est:

 αSκ / p*    ou   αS= Δn/ n.ΔT

où p*(W/m²)= diffusivité

κ  (W/m²-K)= coefficient de transfert (diffusivité isotherme, dont les valeurs vont de 500 à 5000 W/m²-K)

n(nombre)= concentration

T(K)= température absolue

Nota: si la thermodiffusion est provoquée dans une liaison de métaux, elle crée un phénomène thermo-électrique

 

VITESSE de DIFFUSION

Equation de dimensions structurelles : L.T-1       Symbole  v        Unité S.I.+ : m/s

C'est la vitesse avec laquelle se transmet la diffusion

-pour un mélange gazeux, si la diffusion se fait à travers un autre corps (poreux) à T.P.N, sa vitesse de diffusion v est proportionnelle à l’inverse de la racine carrée de la densité relative du corps poreux (loi de Graham).

Ce qui implique que les corps les moins denses laissent passer les gaz + vite

Dans ce type de séparation, la vitesse de diffusion(v) est variable :

selon les corps, elle va de 1 à 2.10-9 m/s

 

D'AUTRES NOTIONS  servent à étudier la diffusion (Voir chapitre spécial pour chacune de ces notions dont : coefficient de transport-- coefficient phénoménologique-- diffusivité-- effusivité-- osmose)

   Copyright Formules-physique ©