Permeabilitätskoeffizient

Permeabilität, often written as permeability, ist eine Eigenschaft von Materialien, die beschreibt, wie leicht Flüssigkeiten oder Gase durch sie hindurchtreten können. Sie hängt von der Porenstruktur, der Konnektivität der Poren, der Tortuosität, der Temperatur sowie von den Eigenschaften der durchgehenden Substanz ab. In porösen Medien wie Boden, Gestein oder Membranen charakterisiert die Permeabilität den Fluss von Fluiden unter einem gegebenen Gradient.

In porösen Medien ist die intrinsic permeability k ein geometrischer Parameter des festen Anteils, der unabhängig vom Fluid ist und in Quadratmetern gemessen wird. In Verbindung mit der Fluiddichte, der Dynamikviskosität und der Gravitationsbeschleunigung ergibt sich die hydraulische Leitfähigkeit K, mit K = (k ρ_f g)/μ_f. Nach dem Darcy-Gesetz beschreibt der Volumenfluss durch ein poröses Medium Q = -K A (Δh/L) bzw. pro Flächeneinheit q = - (k/μ) ∇P für einen Flächenbereich. Eine höhere Permeabilität bedeutet bei gleichem Gradient einen größeren Fluss.

In Membranen und der Materialwissenschaft kann Permeabilität auch den Fluss pro Flächeneinheit pro Druckdifferenz bezeichnen und wird oft in Barrer oder ähnlichen Einheiten angegeben. Hier verbindet sich Diffusion mit Löslichkeit im Lösung-Diffusions-Modell; Permeabilität ist damit Produkt aus Diffusivität und Löslichkeit.

In der Biologie zeigt sich die Selektivität der Membran als selektive Permeabilität, die regelt, welche Substanzen die Zellgrenze passieren. Mechanismen umfassen passiven Transport, erleichterte Diffusion und aktive Transportprozesse.

Messmethoden umfassen Boden- und Gesteinsversuche (Constant-Head, Falling-Head), Gaspermeametrie bei Polymeren sowie Tracer-Tests in der Hydrogeologie. Anisotropie und Maßstabsabhängigkeiten können die Interpretation erschweren.