Page 71 - Microsoft Word - Soviak_PhD_Thesis_Version_fin

71

Дифузія водню в металі ґрунтується на хаотичному тепловому русі атомів,

проте результуючий потік виникає лише за наявності градієнтів концентрації,

температури, напружень або інших термодинамічних чинників. Саме ця

спрямована складова визначає перенесення водню і може бути подана через

рухомість атомів та рушійну силу процесу:

V  B  F , (3.1)
D
D
v

де B – рухомість атомів водню; F – термодинамічна рушійна сила дифузії.
v
D
Для узагальненого опису руху атомів у фізичних полях використовують

потенціал μ, який характеризує енергію атомів водню в певному положенні

відносно вибраного еталонного рівня. У такій постановці сила, що діє на атоми

водню в полі, визначається градієнтом цього потенціалу:

F   v grad  H , (3.2)

Незалежно від природи поля відповідний потенціал μ у теорії дифузії

водню прийнято трактувати як хімічний потенціал водню в металі. Такий підхід

дає змогу єдиним способом описувати вплив концентраційних, температурних і
механічних чинників.

Рухомість атомів водню пов’язана з тепловими коливаннями кристалічної
ґратки, тому її зручно виражати через коефіцієнт дифузії [2]:

D
B  , (3.3)
D
kT
B
де k – константа Больцмана (Boltzmann); D – коефіцієнт дифузії атомів водню в металі.
B
У результаті дифузійний потік водню в заданій точці визначається

концентрацією водню та швидкістю спрямованого руху його атомів. Із

співвідношень (3.1)–(3.3) одержуємо:

 D
J  CV  C  , (3.4)
H
D
kT
B
Рівняння балансу водню в тілі через концентрацію C та час t записують у

стандартній дивергентній формі [74]: