Diffusjonsfluksen

Diffusjonsfluksen refererer til mengden av et stoff som passerer gjennom en enhetsflate per tidsenhet som følge av diffusjon. Den oppstår når konsentrasjonen varierer i rommet, og stoffet beveger seg fra områder med høy konsentrasjon til områder med lav konsentrasjon uten ytre drivkraft.

Ficks første lov beskriver forholdet mellom diffusjonsfluksen J og konsentrasjonsgradienten: J = -D dC/dx. Her er J diffusjonsfluksen (vanligvis målt i mol/(m^2 s) eller kg/(m^2 s)), D diffusjonskoeffisienten (m^2/s) og dC/dx den romlige endringen i konsentrasjon. Minus-tegnet signaliserer at fluxen går mot lavere konsentrasjon.

Ficks andre lov beskriver hvordan konsentrasjonen endrer seg i tid: ∂C/∂t = D ∂²C/∂x² for konstant D i én dimensjon. Mer generelt formuleres det som ∂C/∂t = ∇·(D ∇C). Løsningene av disse ligningene avhenger av grenser og initialforhold.

Faktorer som påvirker diffusjonsfluksen inkluderer temperatur (høyere temperatur øker vanligvis D), mediets egenskaper (gass, væske, fast stoff), barrierer eller membraner, samt størrelsen på konsentrasjonsforskjellen. Diffusjon kan være isotrop eller anisotrop, avhengig av materialet.

Diffusjonsfluksen er et grunnleggende transportfenomen med bred anvendelse. Den spiller en sentral rolle i kjemi og prosessteknikk, biologi og medisin, miljøvitenskap og elektronikk. Eksempler inkluderer diffusjon av oksygen gjennom membraner, dopering av halvledere og spredning av forurensninger i jord og vann.