题目
研究证明,在一定温度下钢中渗碳达到指定浓度所需的扩散时间和扩散距离具有一定的比例关系。要使扩散层的深度增加二倍,则扩散时间需增加A. 四倍B. 二倍C. 三倍
研究证明,在一定温度下钢中渗碳达到指定浓度所需的扩散时间和扩散距离具有一定的比例关系。要使扩散层的深度增加二倍,则扩散时间需增加
A. 四倍
B. 二倍
C. 三倍
题目解答
答案
A. 四倍
解析
本题考查扩散过程中的时间与距离的比例关系,核心在于理解菲克定律中扩散距离与时间的平方根成正比的规律。关键点在于:
- 扩散距离与时间的平方根成正比,即公式 $x = k\sqrt{t}$($k$ 为常数)。
- 当扩散层深度增加两倍时,需通过比例关系推导所需时间的变化倍数。
步骤分析
-
设定初始条件
原扩散深度为 $x$,对应时间为 $t$,满足 $x = k\sqrt{t}$。 -
分析深度增加后的情况
新深度为 $2x$,设对应时间为 $t'$,则 $2x = k\sqrt{t'}$。 -
建立比例关系
将两式联立:
$\frac{2x}{x} = \frac{k\sqrt{t'}}{k\sqrt{t}} \implies 2 = \sqrt{\frac{t'}{t}}$
平方两边得:
$4 = \frac{t'}{t} \implies t' = 4t$
因此,扩散时间需增加四倍。