Diffúzió

Fájl:Diffusion v2 20101120.ogv A diffúzió a fizikában, kémiában és biológiában használatos fogalom. Az anyagi részecskék (elektronok, atomok, molekulák, ionok, kolloid részecskék) áramlása, melyet a részecskék helytől függően változó koncentrációja okoz.

A szó latinból származik: diffusio szétfolyást, elterjedést jelent (dis=szét, fundere=önteni).

A diffúzió fajtái

Többféle diffúzióról beszélhetünk.

Molekuláris diffúzió: a (molekuláris) diffúzió egy anyagáramlási jelenség, melynek hajtóereje a sűrűségkülönbség. Az anyagáramlás sebessége a sűrűséggradienssel arányos. Ha más erő nem lép fel, a diffúzió képes megszüntetni a sűrűségkülönbséget. Ezt a jelenséget Brown-mozgásnak is szokták hívni, melyet a Fick-törvény ír le. Egy szemléletes diffúziós jelenség, amikor egy látható füst betölti a szobát. De diffúziós folyamat a szagok terjedése is. Még egy példa: két kamrát egy cső köt össze, mely szeleppel zárható. Az egyiket megtöltjük valamilyen koncentrációjú jelző anyaggal. Amint kinyitjuk a szelepet anyagáramlás lép fel a csőben végül a két tartály koncentrációja kiegyenlítődik.

Turbulens diffúzió: a diffúzió fogalmat nemcsak a molekuláris diffúzióra értjük. Folyadékokban és gázokban nagyságrendekkel nagyobb átkeveredés jöhet létre.Ha a folyadékban, gázokban turbulens áramlás lép fel a részecskék a sebesség kaotikus pulzációja nyomán és a koncentráció ingadozása révén átkeverednek. A turbulens diffúzió konvekció függő (áramlás függő). A turbulens diffúzió nem valós diffúzió, hanem matematikai, azaz a gázok, folyadékok áramlását némi absztrakcióval egy diffúziós jelenségre vezetjük vissza.

A diffúziós együtthatót D-vel jelöljük, és az indexe a diffúzió milyenségét jelöli (molekuláris, hossz- vagy vertikális diffúzió stb.) Mértékegysége: $m^2/s$

Fick második törvénye:

${\partial }_t\rho (𝐫,t)=D{\mathrm{\nabla }}^2\rho (𝐫,t)$.

Ez az egyenlet két másik ismert egyenletből származik.

A folytonossági egyenletből:
${\partial }_t\rho (𝐫,t)=-\mathrm{\nabla }\cdot 𝐉(𝐫,t),$

illetve Fick első törvényéből:
$𝐉(𝐫,t)=-D\mathrm{\nabla }\rho (𝐫,t)$,

ahol $𝐉(𝐫,t)$ az anyagáramlás sűrűsége , $D$ a diffúziós állandó, míg $\rho (𝐫,t)$ a diffundáló anyag sűrűsége.

További információk

• Letölthető szimuláció két gáz elkeveredéséről diffúzió révén Sablon:Wayback. Szerző: Zbigniew Kąkol