生物物理学 · 18.08
熱拡散
Thermodiffusion
🧠 温度勾配が物質輸送を引き起こす現象をソレー効果 Soret effect ソレー効果(Soret effect) Soret effect(ソレー効果) という。 粒子は系の性質に応じて高温側・低温側のどちらにも再分布 redistribution 再分布(redistribution) redistribution(再分布) しうる。
温度差が作る物質流
温度勾配が成分ごとに異なる移動を生み、濃度勾配との釣り合いで定常分布ができる。通常の拡散流束 flux 流束(flux) flux(流束) に、温度勾配に比例するソレー項 Soret term ソレー項(Soret term) Soret term(ソレー項) を加えて表す。
ソレー効果による再分布
濃度勾配だけが物質輸送の原因ではない。
flowchart TD
A["温度差が作る物質流"] --> B
B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Soret effect'>ソレー効果</span>による<span class='jp-term jp-term-diagram' title='redistribution'>再分布</span>"] --> C
C["濃度勾配だけが物質輸送の原因ではない"] --> D
D["拡散との釣り合い"]
拡散との釣り合い
通常の拡散が濃度勾配で生じるのに対し、熱拡散thermodiffusion 熱拡散(thermodiffusion)thermodiffusion(熱拡散) では温度勾配も粒子流 particle flux 粒子流(particle flux) particle flux(粒子流) 束の駆動力 driving force 駆動力(driving force) driving force(駆動力) となる。粒子の再分布 redistribution 再分布(redistribution) redistribution(再分布) と同時に、温度勾配そのものはフーリエFourier フーリエ(Fourier)Fourier(フーリエ) の法則に従う熱流束 heat flux 熱流束(heat flux) heat flux(熱流束) を生むため、物質輸送と熱輸送 heat transport 熱輸送(heat transport) heat transport(熱輸送) を区別して収支 net yield 収支(net yield) net yield(収支) を立てる。
複数の流束 flux 流束(flux) flux(流束) と力が結合する非平衡熱力学 non-equilibrium thermodynamics 非平衡熱力学(non-equilibrium thermodynamics) non-equilibrium thermodynamics(非平衡熱力学) の入口である。効果の向きと大きさは溶質–溶媒相互作用 solute-solvent interaction 溶質–溶媒相互作用(solute-solvent interaction) solute-solvent interaction(溶質–溶媒相互作用) に依存し、温度が高い側へ必ず移動するわけではない12。
まとめ
- 温度勾配が物質輸送を引き起こす現象をソレー効果 Soret effect ソレー効果(Soret effect) Soret effect(ソレー効果) という。移動方向は系に依存する。
- 濃度勾配だけが物質輸送の原因ではない。
- 複数の流束 flux 流束(flux) flux(流束) と力が結合する非平衡熱力学 non-equilibrium thermodynamics 非平衡熱力学(non-equilibrium thermodynamics) non-equilibrium thermodynamics(非平衡熱力学) の入口である。
出典
- 1.Thermodiffusion: The physico-chemical mechanics view(The Journal of Chemical Physics・2021)熱拡散の向きは系により温度勾配と同方向・逆方向のどちらにもなりうる閲覧 2026-08-20
- 2.Temperature-induced migration of electro-neutral interacting colloidal particles(Journal of Colloid and Interface Science・2024)温度勾配はコロイド粒子の熱拡散流束を生じる閲覧 2026-08-20