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   拡散現象に関する二通りの理論的誘導について [1997年]

 試験管の底の方に少量の溶媒を満たし、これを乾燥空気流と接触させる。菅内の蒸気濃度は空気と接触した瞬間においては界面で溶媒の飽和蒸気圧になっているほかはゼロになっている。しばらく経つと溶媒蒸気の拡散現象のため濃度分布が形成され、蒸気層の厚さは増大し、ついには管内蒸気の濃度勾配は一定になり、定常状態に達する。定常状態における着目成分の拡散速度は、濃度勾配および接触界面の大きさに比例し、拡散成分(溶媒蒸気)および媒体成分(空気)の種類に関係することが知られている。すなわちこれはFickの法則と呼ばれ、1855年A.Fickによる食塩の溶解実験において熱伝導のFourierの法則にならって経験的に得たものである。

 これを輸送現象の基本方程式とし、質量保存則と連立させて「拡散方程式」を導く。

 

 これとは別に「ランダム性」の概念に基づいて導くこともできる。

拡散とは、煙突から出る煙のように、集中した供給源から「粒子群」が、時間とともに広がり、周りの広い空間に散らばろうとする現象である。これをさらに厳密にいうと、「それぞれの粒子が、何らかの不規則運動を持ち、その運動に伴い、粒子全体として広がる現象をいう」。

 これは、粒子の不規則運動を、全体としての規則性としてまとめ上げようとするものである。この統計的な手法のうち、ランダムウォークという考えを用いて導く。


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