ในฟิสิกส์และเคมีการแพร่คือกระบวนการที่ก๊าซหลุดออกจากภาชนะผ่านรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าระยะทางเฉลี่ยอิสระของโมเลกุล มาก ^{[ 1 ]}รูดังกล่าวมักเรียกว่ารูเข็มและการหลุดออกของก๊าซเกิดจากความแตกต่างของความดันระหว่างภาชนะกับภายนอก

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ โมเลกุลเกือบทั้งหมดที่มาถึงรูจะเคลื่อนที่ต่อไปและผ่านรูไป เนื่องจากมีการชนกันระหว่างโมเลกุลในบริเวณรูน้อยมาก ในทางกลับกัน เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าระยะทางเฉลี่ยที่โมเลกุลเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ การไหลจะเป็นไปตามกฎการไหลของแซมป์สัน

ในศัพท์ทางการแพทย์ คำว่า " effusion"หมายถึงการสะสมของของเหลวในช่องว่างทางกายวิภาคโดยปกติแล้วจะไม่มีการแบ่งเป็นช่องๆตัวอย่างเฉพาะ ได้แก่การสะสม ของเหลว ใต้ เยื่อดูรา การสะสมของเหลวในกระดูกมาสตอยด์ การสะสมของเหลว ในเยื่อหุ้มหัวใจและการสะสมของเหลวในเยื่อหุ้มปอด

คำว่า effusion มาจาก คำภาษา ละติน effundo ซึ่งหมายถึง "หลั่ง", "เทออกมา", "เททิ้ง", "เปล่งออกมา", "ฟุ่มเฟือย", "สิ้นเปลือง"

การแพร่จากภาชนะที่สมดุลไปยังสุญญากาศภายนอกสามารถคำนวณได้จากทฤษฎีจลนศาสตร์ [ ^{2 ] จำนวน}การชนกันของอะตอมหรือโมเลกุลกับผนังของภาชนะต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยเวลา ( อัตราการชน ) กำหนดโดย: $${\displaystyle J_{\text{impingement}}={\frac {P}{\sqrt {2\pi mk_{\text{B}}T}}}.}$$ โดยถือว่าระยะทางอิสระเฉลี่ยมีค่ามากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของรูเข็มมาก และสามารถถือว่าก๊าซเป็นก๊าซอุดมคติได้^{[ 3 ]}

ถ้าเป็นพื้นที่เล็กๆ${\displaystyle A}$เมื่อเจาะรูเล็กๆ บนภาชนะ อัตราการไหลซึมจะลดลง $${\displaystyle {\begin{aligned}Q_{\text{effusion}}&=J_{\text{impingement}}\times A\\&={\frac {PA}{\sqrt {2\pi mk_{\text{B}}T}}}\\&={\frac {PAN_{\text{A}}}{\sqrt {2\pi MRT}}}\end{aligned}}}$$ ที่ไหน${\displaystyle M}$คือมวลโมลาร์${\displaystyle N_{\text{A}}}$คือค่าคงที่ของอะโวกาโดและ${\displaystyle R=N_{\text{A}}k_{\text{B}}}$คือค่าคงที่ของแก๊สโมลาร์

ความเร็วเฉลี่ยของอนุภาคที่แพร่กระจายคือ $${\displaystyle {\begin{aligned}{\overline {v_{x}}}&={\overline {v_{y}}}=0\\{\overline {v_{z}}}&={\sqrt {\frac {\pi k_{\text{B}}T}{2m}}}.\end{aligned}}}$$

เมื่อรวมกับอัตราการไหลที่พุ่งออกมา แรงสะท้อนกลับ/แรงผลักที่กระทำต่อระบบเองคือ $${\displaystyle F=m{\overline {v_{z}}}{\times }Q_{\text{effusion}}={\frac {PA}{2}}.}$$

ตัวอย่างเช่น แรงดีดกลับของลูกโป่งที่มีรูเล็กๆ ขณะลอยอยู่ในสุญญากาศ

ตามทฤษฎีจลน์ของแก๊สพลังงานจลน์ของแก๊สที่อุณหภูมิหนึ่งๆ คือ...${\displaystyle T}$เป็น

${\displaystyle {\frac {1}{2}}mv_{\rm {rms}}^{2}={\frac {3}{2}}k_{\rm {B}}T}$

ที่ไหน${\displaystyle m}$คือมวลของโมเลกุลหนึ่งโมเลกุล${\displaystyle v_{\rm {rms}}}$คือความเร็วเฉลี่ยกำลังสองของโมเลกุล และ${\displaystyle k_{\rm {B}}}$คือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลสามารถคำนวณได้จากการกระจายความเร็วของแม็กซ์เวลล์ ดังนี้${\textstyle v_{\rm {avg}}={\sqrt {8/3\pi }}\ v_{\rm {rms}}\ประมาณ 0.921\ v_{\rm {rms}}}$(หรือเทียบเท่ากัน)${\textstyle v_{\rm {rms}}={\sqrt {3\pi /8}}\ v_{\rm {avg}}\ประมาณ 1.085\ v_{\rm {avg}}}$อัตรา${\displaystyle \Phi _{N}}$ซึ่งก๊าซมีมวลโมลาร์${\displaystyle M}$การแพร่กระจาย (โดยทั่วไปแสดงเป็นจำนวนโมเลกุลที่ผ่านรูต่อวินาที) จึงเป็น^{[ 4 ]}

${\displaystyle \Phi _{N}={\frac {\Delta PAN_{A}}{\sqrt {2\pi MRT}}}.}$

ที่นี่${\displaystyle \Delta P}$คือความแตกต่างของความดันก๊าซข้ามสิ่งกีดขวาง${\displaystyle A}$คือพื้นที่ของหลุม${\displaystyle N_{\text{A}}}$คือค่าคงที่ของอะโวกาโด${\displaystyle R}$ค่าคงที่ของแก๊สและ${\displaystyle T}$คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ โดยสมมติว่าความแตกต่างของความดันระหว่างสองด้านของสิ่งกีดขวางนั้นน้อยกว่ามาก${\displaystyle P_{\rm {avg}}}$ความดันสัมบูรณ์เฉลี่ยในระบบ ( เช่น${\displaystyle \Delta P\ll P_{\rm {avg}}}$ดังนั้นจึงสามารถแสดงการไหลของของเหลวในรูปของอัตราการไหลเชิงปริมาตรได้ดังนี้:

${\displaystyle \Phi _{V}={\frac {\Delta Pd^{2}}{P_{\rm {avg}}}}{\sqrt {\frac {\pi k_{\text{B}}T}{32m}}}}$

หรือ

${\displaystyle \Phi _{V}={\frac {\Delta Pd^{2}}{P_{\rm {avg}}}}{\sqrt {\frac {\pi RT}{32M}}}}$

ที่ไหน${\displaystyle \Phi _{V}}$คืออัตราการไหลเชิงปริมาตรของก๊าซ${\displaystyle P_{\rm {avg}}}$คือความดันเฉลี่ยทั้งสองด้านของรูเปิด และ${\displaystyle d}$คือเส้นผ่านศูนย์กลางของรู

ที่ความดันและอุณหภูมิคงที่ ความเร็วเฉลี่ยกำลังสองและอัตราการแพร่จึงแปรผกผันกับรากที่สองของน้ำหนักโมเลกุล ก๊าซที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำกว่าจะแพร่ได้เร็วกว่าก๊าซที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่า เนื่องจากจำนวนโมเลกุลที่เบากว่าที่ผ่านรูต่อหน่วยเวลาจะมีมากกว่า

เซลล์Knudsenใช้ในการวัดความดันไอของของแข็งที่มีความดันไอต่ำมาก ของแข็งดังกล่าวจะกลายเป็นไอที่ความดันต่ำโดยการระเหิด ไอจะค่อยๆ แพร่กระจายผ่านรูเล็กๆ และการสูญเสียมวลจะเป็นสัดส่วนกับความดันไอและสามารถใช้กำหนดความดันนี้ได้^{[ 4 ]}ความร้อนของการระเหิดยังสามารถกำหนดได้โดยการวัดความดันไอเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ โดยใช้ความสัมพันธ์ของ Clausius– Clapeyron ^{[ 6 ]}