transporttilassa

Transporttilassa on suomalainen termi, jota käytetään kuvaamaan järjestelmän tilaa silloin, kun kuljetusilmiöt ovat aktiivisia. Tällöin massa, energia tai momentti virtaavat gradienttien aiheuttamina, ja järjestelmä on usein poikkeustilassa tasapainosta. Transporttilaa käytetään kuvaamaan ilmiöitä, joissa fluxit syntyvät pitoisuuden, lämpötilan, paineen, sähkökentän tai kemiallisen potentiaalin kaltaisista ajureista.

Käsitteen keskeinen piirre on ei-tasapainotila: transporttilassa johtuvat virrat gradienttien seurauksesta, eivät staattisesta energian tasapainosta. Tämä kattaa diffuusion, lämmönsiirron, viskosisen siirron sekä sähkönkuljetuksen ja muiden aineiden kuljetuksen vuorovaikutukset. Ilmiöitä voidaan tarkastella sekä nesteissä että kiinteissä aineissa sekä niiden kombinoinneissa, kuten komposiiteissa ja mikrostrukturoinneissa.

Matemaattisesti transporttilaa kuvaavat kuljetusyhtälöt, kuten Fickin laki diffuosiolle, Fourierin laki lämmönjohtavuudelle, Ohmin laki sähköisessä kuljetuksessa ja Navier–Stokes-yhtälöt liikkuvan aineen virroille. Yhtälöt ovat usein kytkettyjä jatkuvuuslauseeseen ja energian säilymiseen, ja ne voivat olla sekä tilassa että ajassa muuttuvia. Steady-state-tilassa fluxit ovat ajan hiljentyneitä, kun taas transientti-tilassa ne muuttuvat ajan mukana ja kohti uutta tilaa.

Käytännössä transporttilan analyysi alkaa lineaarisesta ei-harmaan termodynamiikasta ja Onsagerin suhteista, jotka yhdistävät virrat ajureihin lähellä tasapainoa. Karkeampia malleja käyttää Boltzmannin kuljetusyhtälö tai numeeriset menetelmät kuten finite element -analyysi ja Computational Fluid Dynamics. Tutkimusaiheet ulottuvat termisestä eristyksestä ja kemiallisista reaktoreista puolijohteisiin, akkuihin ja mikrofluidisiin järjestelmiin.