拡散係数計算機

拡散係数は、粒子がランダムな熱運動によって広がる速さを表します。係数が大きいほど拡散が速く、小さいほど周囲の媒質中での移動が遅くなります。この計算機はストークス・アインシュタイン式、D = kBTを6πηrで割る式を使います。kBはボルツマン定数、Tは絶対温度、ηは粘度、rは球形粒子の流体力学的半径です。すべてをSI単位に換算し、結果を平方メートル毎秒で表示します。 この式は三つの重要な傾向を表します。温度が上がると熱エネルギーが増え、拡散が速くなります。粘度が増すと抵抗が大きくなり、拡散が遅くなります。粒子半径が大きくなると流体力学的抵抗が増すため、やはり拡散が遅くなります。分子輸送の推定、ナノ粒子の比較、動的光散乱実験の計画、物質移動計算の確認に役立つ関係です。 温度は摂氏ではなくケルビンの絶対温度を使ってください。粘度はパスカル秒で入力します。一ミリパスカル秒は0.001パスカル秒です。半径はナノメートルで入力でき、内部でメートルに変換されます。直径を半径として入力すると分母が倍になり、係数が半分になるため注意してください。分子に溶媒和殻がある場合や非球形の構造を取る場合、流体力学的半径は乾燥状態の幾何学的半径と異なることがあります。 ストークス・アインシュタイン式は、希薄な懸濁液中の球形粒子が、滑りなし境界条件を満たす連続体のニュートン流体中を動くと仮定します。粒子が溶媒分子より十分大きく、粒子間相互作用が弱い場合に適しています。混み合った溶液、多孔質粒子、異方性の強い分子、非ニュートン流体、界面、非常に小さい溶質では仮定から外れる場合があります。小さな温度差でも粘度は大きく変化し得るため、実際の温度で測定した粘度が望まれます。 結果は比較や実験計画に使う理想的な推定値として扱ってください。高精度の作業には温度に対応する溶媒粘度、実験で求めた流体力学的半径、測定形状に応じた補正を使います。拡散係数は平方センチメートル毎秒でもよく報告されます。平方メートル毎秒の値に10,000を掛けると換算できます。ほかの研究者が解釈、再現できるよう、拡散係数には温度と溶媒条件を必ず併記してください。