Diffusionsstrom und Diffusionsstromdichte

Der Diffusionsstrom gibt an, wie viel Stoffmenge pro Zeit infolge von Konzentrationsunterschieden durch eine betrachtete Querschnittsfläche transportiert wird. Die zugehörige Diffusionsstromdichte beschreibt diese Größe bezogen auf die Flächeneinheit. Im einfachen, eindimensionalen Fall gilt nach dem ersten Fick'schen Gesetz:

J = − D⋅ dc/dx

• J: Diffusionsstromdichte (z. B. mol pro Quadratmeter und Sekunde)
• D: Diffusionskoeffizient
• c: Konzentration
• dc/dx: Konzentrationsgradient in Diffusionsrichtung

Das Minuszeichen zeigt, dass der Diffusionsstrom immer in Richtung abnehmender Konzentration gerichtet ist. Für eine endliche Fläche A erhält man den gesamten Diffusionsstrom als

n˙ = J⋅ A

n˙ ist die Stoffmenge, die pro Zeit durch die Fläche diffundiert

In der Feststoff- und Pulverdiffusion sind die Diffusionskoeffizienten sehr klein, sodass die resultierenden Diffusionsströme in technischen Zeiträumen meist gering sind. Sie sind dort relevant, wo Fluide in Poren, Kapillaren oder an Oberflächen als schnell diffusible Phase vorliegen, beispielsweise Feuchtigkeit, Lösungsmittel oder Gase, die sich in Pulvern oder porösen Agglomeraten umverteilen.