第41卷第12期大学物理Vol．41No．122022年12月COLLEGEPHYSICSDec．2022收稿日期:2022－03－11;修回日期:2022－04－29基金项目:广东省重点领域研发计划项目(2019B010152001)、广东省高等教育教学改革项目(粤教高函〔2020〕20号)、国家级大学生创新训练计划项目(202110558022)以及中山大学教学质量与教学改革工程类项目(教务［2021］93号)资助作者简介:苏锦伟(2000—)，男，广东云浮人，中山大学物理学院2018级本科生．通信作者:王嘉辉，E－mail:wangjh@mail．sysu．edu．cn基于直角三角水槽的液体扩散系数测量方法苏锦伟，余承和，胡太然，赵蕊，尤华杰，王嘉辉(中山大学物理学院物理实验教学中心，广东广州510275)摘要:针对传统的扩散系数测量方法存在测量精度不高、不能实现非接触或可视化测量、对环境要求严苛等缺陷，本文提出了一套基于中空直角三角水槽实现液体扩散系数可视化测量的方法．该方案将线激光入射至注有两种液体的直角三角水槽，通过激光穿过水槽后的折射光斑，可视化反映液体扩散产生的折射率渐变．先利用图像处理技术测量线激光折射后的偏移量，再结合折射率与浓度的线性关系和Fick定律导出的理论公式，计算出两种液体的等效互扩散系数．通过实验测定，浓度为5．5mol/L的甘油溶液的扩散系数为7．47×10－10m2/s，125组数据标准差为7．12×10－12m2/s，变异系数小于1%．测量数据反映实验结果具有较强的一致性，可信度高．关键词:扩散系数;直角三角水槽;液体折射率;图像处理中图分类号:O4-34文献标识码:A文章编号:1000-0712(2022)12-0050-06【DOI】10．16854/j．cnki．1000-0712．220147扩散现象是指物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移直至均匀分布的热弛豫过程，在生化医材等领域都有着重要的研究价值［1-3］．而扩散系数的测量对扩散过程研究至关重要．液相的分子平均间距介于固体和气体之间，其扩散的理论描述和观测多比气体和固体困难．为了洞悉扩散过程，可视化无疑是一个十分有效的监测手段．科学家提出了多种测量液体扩散系数的方法．Wiener法用光束经过扩散区的变形实现可视化，装置简单，但测量精度不高［4，5］．等折射率薄层法将扩散槽视为柱透镜，通过不同时刻某一折射率薄层沿细柱面透镜轴向的清晰成像位置计算出扩散系数．该法虽实现可视化，但因景深和像散存在判读误差［6-9］．膜池法通过扩散膜两侧扩散池在初始及稳态时的浓度变化及膜池系数来计算待测液体扩散系数，该方法无法可视化，且膜池系数需用已知扩散...
