Решение задачи: Закон Фика для диффузии газов

Для решения данной задачи необходимо вспомнить закон Фика для диффузии газов через твердую перегородку (стенку). Удельный поток газа \(q'\) определяется как количество вещества, проходящее через единицу площади поверхности в единицу времени. Согласно закону диффузии, этот поток прямо пропорционален коэффициенту диффузии \(D\), коэффициенту растворимости \(k_c\) и разности концентраций газа на границах стенки, и обратно пропорционален толщине стенки \(Z\). Связь концентрации газа в материале стенки с его парциальным давлением \(P\) над поверхностью описывается законом Сивертса (или законом Генри в общем виде), где концентрация пропорциональна давлению в степени \(1/j\), где \(j\) — показатель, зависящий от природы газа (например, для двухатомных газов, диссоциирующих при растворении, \(j=2\)). Общая формула для удельного потока газа имеет вид: \[q' = D \frac{k_c}{Z} (P_1^{1/j} - P_2^{1/j})\] Сравнивая это выражение с предложенными вариантами на картинке, мы видим, что правильным является четвертый (нижний) вариант. Ответ: \[q' = D \frac{k_c}{Z} (P_1^{1/j} - P_2^{1/j})\]