diffusjonskurver

Diffusjonskurver er kurver som beskriver hvordan et stoff sprer seg i et medium som følge av diffusjon. De viser ofte konsentrasjonen C som funksjon av plassering og/eller tid, og brukes til å karakterisere transportegenskaper som diffusjonskoeffisienten D. I modellering av diffusjon i ett dimensjon kan Ficks andre lov uttrykke: ∂C/∂t = D ∂^2C/∂x^2 for konstant D, mens Ficks første lov J = -D ∂C/∂x knytter fluxen til konsentrasjonsgradienten. Løsningsformer avhenger av grensvilkår og geometri. For et plutselig utslipp i et uendelig medium er konsentrasjonen gitt av en gaussisk profil: C(x,t) = M/(√(4πDt)) exp(-x^2/(4Dt)). For et semi-innbundet medium med konstant overflatekonsentrasjon følger C(x,t) = C0 erfc(x/(2√(Dt))). Diffusjonslengden vokser typisk som √(2Dt). Diffusjonskurver kan vises som konsentrasjon mot posisjon ved ulike tider, eller som konsentrasjon mot tid ved en fast posisjon. De brukes til å estimere D ved å tilpasse eksperimentelle kurver til modellene.

Applikasjoner inkluderer materialvitenskap (interdiffusjon mellom lag eller i belegg), geologi og miljøforskning (transport av forurensninger i jord og berg), farmakologi og medisin (diffusjon av legemidler i vev eller gel), samt næringsmiddelvitenskap. Målemetoder inkluderer tracerstudier med isotoper, fargestoffdiffusjon i gel, og NMR-basert diffusjonsmåling. Begrensninger: diffusjonen kan være avhengig av retning (anisotropi), romlig varierende D, og kjemiske reaksjoner; i porøse materialer og ved reaksjonell diffusjon blir kurvene ofte mer komplekse og tidavhengige. Diffusjonskurver gir dermed innsikt i transportprosesser og materialegenskapers påvirkning på spredning av stoffer.