Ficktörvények

Ficktörvények, vagy Fick törvényei, a diffúzió leírására szolgáló alapelvek. Nevüket Adolf Fick német fizikus-kémikustól kapták, aki 1855-ben vezette be az első és a második törvényt. A törvények a tömegek vagy koncentrációk idő- és térbeli változását írják le diffúz folyamatokban, az anyag áramlását a koncentrációgradiens felé.

Fick első törvénye szerint a diffúziós fluxus J arányos a koncentráció gradiensével és ellentétes irányban van: J = -D ∇C. Itt D a diffúziós együttható (általában isotróp és állandó esetben), C pedig a koncentráció. Ez a törvény állandó D mellett a szekunder vagy állandó állapotú diffúzió esetén érvényes.

Fick második törvénye leírja a koncentráció időbeli változását: ∂C/∂t = ∇ · (D ∇C). Ha D állandó, ez egyszerűsödik ∂C/∂t = D ∇²C. A második törvény a nem állandó, időfüggő diffúzió dinamikáját adja meg.

Alkalmazások közé tartozik a diffúzió leírása különböző közegben – szilárd anyagokban, folyadékokban és gázokban –, például anyagcsere-szervekben, tápanyag- és gázátvitelben, félvezető-diffúzióban, valamint biológiában és gyógyászatban a tüdőgáz-csere vagy sejtszintű anyagcsere tanulmányozásában.

Korlátok: a Fick-törvények lineáris, közel egyensúlyi állapotokra vonatkoznak; valós rendszerekben előfordulhat nem-Ficki diffúzió (anomális diffúzió), a diffúziós együttható D lehet koncentrációtól vagy területtől függő, és diffúzió lehet anisotróp.