扩散(diffusion)和渗出(effusion)的区别

扩散和渗出的关键区别在于，扩散发生在阻挡层中的空穴大于气体的平均自由程时，而扩散发生在阻挡层中的空穴小于气体的平均自由程时。

扩散和渗出是气体的特性，学生们因为发音相似而混淆了这些特性。虽然扩散和渗出都涉及气体，以及气体如何流动以及这种流速取决于什么因素，但这两种现象是不同的。本文将讨论它们的不同之处。

什么是扩散(diffusion)？

气体的扩散是通过一个有孔的屏障将气体膨胀到一个新的体积的过程，这个屏障比气体的平均自由程大。平均自由程是单个气体分子在与另一个气体分子形成胶状之前所经过的平均距离。

图01：扩散过程

但是，如果没有势垒，我们就考虑一个大洞，这个洞足够大，可以覆盖气体和新体积（气体将膨胀到的体积）之间的边界。此外，扩散比渗出慢。这是因为扩散受到气体分子大小和动能的限制。

什么是渗出(effusion)？

渗出是气体的另一种特性，它允许气体通过针孔从高压区移动到低压区。换言之，它是气体通过一个或多个小孔的屏障膨胀的过程；这个屏障阻止气体的分布，除非气体分子碰巧穿过这些小孔。这里，术语“小孔”是指直径小于气体平均自由程的孔。

图02：气体渗出

通常，渗出比扩散快，因为气体分子不需要绕着其他气体分子移动来找到目的地。具体地说，对气体施加负压会加快渗出过程。

扩散(diffusion)和渗出(effusion)的区别

当屏障中的空穴大于气体的平均自由程时，就会发生扩散；而当屏障中的空穴小于气体的平均自由程时，就会发生渗出。这是扩散和渗出的关键区别。此外，气体分子通过屏障的扩散比气体分子通过渗出的运动更容易。这主要是由于屏障中孔洞的大小造成的，屏障的直径大于气体分子在扩散过程中的平均自由程，而屏障的直径小于气体分子在渗出物中的平均自由程。因此，这也是扩散和渗出的显著区别。

然而，扩散的速度比渗出慢。这是因为扩散受到气体分子大小和动能的限制。此外，气体分子需要在其他气体分子周围移动，以通过屏障找到目的地，而屏障不会在渗出时发生。

下面的信息图以表格形式显示了扩散和渗出的区别。

扩散(diffusion)和渗出(effusion)的区别