Lämpödiffuusiokerroin

Lämpödiffuusiokerroin (lyhennettynä D_T) on kuljetuskerroin, joka kuvaa diffuusion syntyä lämpögradientin vaikutuksesta monokomponenttisessa nesteessä tai kaasussa. Se liittyy termodiffuusioon eli Soret-efektiin: lämpötilan vaihtelut voivat aiheuttaa ainemäärien tai molekyylien liikettä riippumatta pelkästä ainemäärän gradientista.

Käytännössä lämpödiffuusiokerroin esiintyy massavirran ilmaisussa, jossa komponentin i kokonaisvirta voidaan esittää osittain lämpögradientin aiheuttamana osavirran osana. Esimerkiksi joissakin malleissa massavirta kirjoitetaan muotoon J_i = -D_i ∇ω_i - D_T,i ∇T, missä ω_i on molekyylin tai ainemäärän osuus. Tällöin D_T,i:n suuruus kertoo, kuinka voimakkaasti lämpötila-ero ajoittaa aineen siirtymistä. Joissakin yhteyksissä D_T,i ja tavallinen diffuusiokerroin D_i liittyvät toisiinsa Soret-kerroin S_T,i:n kautta, kuten D_T,i = S_T,i D_i; tarkka muoto riippuu valitusta muuttujasta (molaarinen, massapitoisuus jne.).

Merkittäviä piirteitä on se, että D_T,i voi olla sekä positiivinen että negatiivinen, jolloin aines siirtyy kohti sekä kuumia että viileitä alueita riippuen sen ominaisuuksista. Lämpödiffuusiokerroin on erityisen tärkeä monikomponenttisissa seoksissa, kolloidisissa järjestelmissä ja prosesseissa, joissa lämpötila ei ole vakio, kuten erotusmenetelyissä, haudesuunnittelussa ja biomolekyylien kuljetuksessa.

Määritys tapahtuu sekä kokeellisesti että teoreettisesti. Kokeellisesti Soret-kerroin sekä eräät viskositeetin, paineen ja lämpötilan riippuvuudet voidaan arvioida erilaisilla diffuusiokokeilla; teoreettiset estimaatit perustuvat molekyylitason vuorovaikutuksiin ja termodynaamisiin malleihin.