diffusjonsfluxen

Diffusjonsfluxen er mengden stoff som passerer gjennom en enhetsflate per tidsenhet som følge av et konsentrasjonsforskjell. Den uttrykkes vanligvis som J og beskriver retning og hastighet til transport av molekyler i et medium. En kjernedefinisjon er Ficks første lov: J = -D ∇c, der D er diffusjonskoeffisienten og ∇c er konsentrasjonsgradienten. Tegnet indikerer at fluxen går fra høy mot lav konsentrasjon.

Ficks andre lov beskriver hvordan konsentrasjonen c utvikler seg over tid: ∂c/∂t = D ∇^2 c. Loven gjelder for isotropt og homogent medium og viser at fluxen avhenger av hvordan konsentrasjonen endrer seg i rommet. Diffusjonskoeffisienten D avhenger av temperatur, medium og molekylstørrelse; høyere temperatur og mindre molekyler gir generelt større D. I væsker og gasser er D ofte relativt stort, mens det i faste materialer er betydelig lavere og ofte avhengig av egenorientering.

I flerkomponentsystemer krever diffusjon ofte matriseformuleringer, og J_i = -Σ D_ij ∇c_j, der korskorrelasjoner mellom ulike arter kan forekomme. Anisotrop diffusionsoppførsel kan oppstå i krystallinske materialer eller vev. Begrensninger som hindringer, grenseflater og ikke-ideelle løsninger påvirker fluxen betydelig.

Praktiske anvendelser omfatter transport av molekyler gjennom membraner, nærings- og avfallsbehandling, metall- og halvlederprosesser, samt miljøfysiologiske og biologiske prosesser. Diffusjonsfluxen er derfor et sentralt begrep i vitenskap og ingeniørfag for å beskrive og modellere materialeoverføring.