diffusionströmmar

Diffusionströmmar är nettotransport av partiklar som uppstår när det finns en koncentrationsgradient i ett medium. De utgör diffusionens bidrag till massöverföring i vätskor, gaser och fasta material. När bulkflöde saknas dominerar diffusion; i praktiken uppträder diffusion ofta samtidigt med advektion, dvs. bulkflöde av vätska eller gas.

Den teoretiska grunden för diffusionströmmar består av Fick's lagar. Fick’s första lag uttrycker diffusionsflödet J som J = -D ∇c, där J är mängden ämne som passerar per enhetsarea per tidsenhet, D är diffusionkoefficienten och ∇c är koncentrationsgradienten. Fick’s andra lag beskriver hur koncentrationen förändras över tid: ∂c/∂t = ∇·(D ∇c) + S, där S står för källor eller avsopal. För konstant D reduceras den andra lagen till ∂c/∂t = D ∇²c. Diffusionströmmarnas styrka och riktning följer alltså från koncentrationsskillnader och materialets diffusionskoefficient.

Faktorer som påverkar diffusionströmmar är temperatur, viskositet hos miljön och molekylstorlek. Generellt ökar D med högre temperatur och minskad molekylstorlek, och minskar vid högre viskositet. Exempel på tillämpningar är spridning av lukt i luft, diffusion av färgämnen i vatten, transport av joner i jord eller vävnad och överföring av signalsubstanser i synapser. I praktiken är diffusionströmmar ofta långsammare än advektion över större avstånd, vilket gör diffusion särskilt viktig på mikroskals- eller cellnivåer.

Mätning av diffusionströmmar sker bland annat med tracer-tekniker, FRAP (fluorescensåterhämtning), NMR-diffusometrier och isotopspårning.