熱致擴散濃度梯度的形成

在溫度梯度中，原子有可能而且確實發(fā)生運動，因為在元素A的原子上有一驅動力f_A，例如Denbigh（1951）給出此力的大小為：

式中Q*為遷移熱，是一個大小或符號都難以估計的量，但在物理意義上是造成擴散躍遷的原子的過剩能量。對于一種氣體或液體夾雜，Q為每個原子蒸發(fā)或熔化的潛熱，但似乎沒有確定Q*的通用法則適用于原子遷移（Ho，1966I Nichols，1972）。

對于通過空位機制進行擴散的金屬的Q*值，有一個簡單模型指出：

其中E_m為空位移動的能量，β為稍低于1的因數(shù)，E_t為空位的形成能。這個模型是以下述看法為根據的：原子的移動將沿溫度梯度向下傳輸其一部分運動所需激活能（其余部分被周圍原子傳輸），但運動要求沿空位的溫度梯度向上遷移，這將傳輸其形成能。Ho指出，看來這種模型對于電子結構簡單的金屬（金，銀，鋼，鋁）是相當適用的。這一結論得到Swalin和Yin（1967）的支持，但對某些過渡族金屬，如鉆、鐵，鈦和鉆，發(fā)現(xiàn)的很大的熱遷移值與簡單的理論不一致。

質擴散和熱傳導耦合引起的熱質擴散，常稱之為索瑞效應和杜伏效應。在熱質擴散中，由于溫度梯度引起混合物中出現(xiàn)附加的濃度梯度而造成傳質，是于1893年由索瑞（C. Soret）在液體中發(fā)現(xiàn)的。杜伏效應則是指由于各種物質互相擴散引起溫度梯度，或者說，由于有濃度梯度引起溫度梯度，這是杜伏（L. Dufour）于1872年在氣體中發(fā)現(xiàn)的。杜伏效應是索瑞效應的逆效應。

當一個溫度場外加給一種材料（或一個系統(tǒng)）時，在這種材料或系統(tǒng)內，就會發(fā)生熱擴散，這就是Soret效應。Walker（1982）介紹了一種方法，研究Soret效應。他把洋中脊玄武巖研磨成粉末，在直徑為2．4mm的Mo棒上，鉆出φ1．6mm x8mm的圓柱形空穴，把樣品裝入其中，在活塞圓筒裝置中進行實驗。Mo棒圓柱形空穴的熱端溫度保持在1480±75℃，冷端保持在1215±75℃，壓力為l0kbar，在干的條件下，加熱137小時，熱端放在垂直位置的下面，冷端放在上面，這樣可以防止重力作用對Soret效應的影響。實驗原樣經電子探針分析，熱端液體相當于安山巖質，冷端液體為Fe苦橄質（Ferro picfitic）。各種氧化物的擴散效府如圖1：玄武巖樣品氧化物重量百分比隨溫度梯度變化圖所示。

從圖1：玄武巖樣品氧化物重量百分比隨溫度梯度變化圖可以看出，外界的溫度梯度使天然巖漿中的Fe、Mg、Ca、Ti等組分向冷端擴散，而Si、Al、Na、K等組分向熱端擴散，這就是有名的Soret效應在巖漿作用中的體現(xiàn)。

因而，在低溫端形成“鏈”和“環(huán)”為主的聚合體，在熱端形成具架狀結構的“三維網絡”聚合體，顯然，熱端的“三維網絡”聚合體的質量要低于冷端“鏈”和“環(huán)”等聚合體的質量。Soret效應就這樣使巖漿中不同元素，因為所結合的結構單元存在“質量差”而分離。在這里，Soret效應與流體不混熔（液體熔離作用）作用分選結構單位的情形相似，但分選機制不同。在熔離作用中分選機制是由熔體結構上的不協(xié)調（不匹配）所致。

（1）革蘭氏陽性細菌：全菌體、代謝產物、細胞壁中的肽聚糖可致熱。

（2）革蘭氏陰性細菌：全菌體、代謝產物、肽聚糖可致熱，尤其是細胞壁中所含的★內毒素（endotoxin，ET）。

★★內毒素：主要成分為脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），LPS主要致熱及毒性部分為脂質A（Lipid A）。

內毒素有高水溶性，高耐熱性，難以滅活及清除，有極強的發(fā)熱效應，是最常見的外致熱源，是血液制品和輸液過程中的主要污染物。

格蘭陰性細菌重度感染時若短期大量使用抗生素，則細菌死亡、裂解時會釋放大量內毒素而使病情加重甚至導致患者死亡。

（3）分枝桿菌：典型菌群為結核桿菌?；颊叨嘤斜I汗及午后低熱。全菌體及細胞壁中的肽聚糖、多糖和蛋白質均可致熱。

（4）病毒：全病毒體、包膜脂蛋白、其所含的血細胞凝集素及其所含不同的特殊毒素樣物質可致熱。

（5）真菌：全菌體及菌體內所含莢膜多糖和蛋白質可致熱。

（6）螺旋體：常見的有梅毒螺旋體、回歸熱螺旋體、鉤端螺旋體。其所含溶血素、細胞毒因子、外素素等可致熱。

（7）瘧原蟲：感染瘧原蟲的紅細胞破裂時釋放大量裂殖子和代謝產物（瘧色素等），從而引起高熱。

（8）其他：立克次體、支原體、衣原體等。

熱擴散率是指在一定的熱量得失情況下，物體溫度變化快慢的一個物理量，它的大小與物體的熱導率λ成正比與物體的熱容量Cv成反比，單位是m2/s.可用下式表示：

式中，K為熱擴散率；γ為熱導率；Cv為容積熱容量。

物體的熱擴散率越大，表明熱量由物體表面向深層或者由深層向物體表面的擴散的能力越強，溫度變化所及深度越深，各深度的溫度差消除越快，物體的熱擴散率越小，則反之。

熱擴散率又叫導溫系數(shù)，它表示物體在加熱或冷卻中，溫度趨于均勻一致的能力；相當于物體的蓄熱能力，而分子為熱導率，故兩者之比反映了物質熱量擴散的能力。這個綜合物性參數(shù)對穩(wěn)態(tài)導熱沒有影響，但是在非穩(wěn)態(tài)導熱過程中，它是一個非常重要的參數(shù)。

熱導率只說明物體傳導熱量速度快慢，雖然水的γ是空氣的22.8倍，但空氣的Cv只是水的1/3483，所以，同體積的空氣比水增溫快得多。表征物體增溫快慢的物理量是熱擴散系數(shù)K，也稱導溫率。